基于对中国第七次北极考察在西北冰洋获得的ARC7-LIC岩芯上部1 m(加拿大海盆近阿尔法脊一侧)自MIS 8期(约300 ka)以来的粘土矿物和全样Sr-Nd-Pb同位素的分析,判断北冰洋中心沉积物源的变化及其所反映的冰盖和表层洋流的演化。结果显示:在MIS8、MIS5.4、MIS5.1、MIS3期中期冰筏事件以及末次冰消期,北美劳伦冰盖生长规模较大,研究区域的沉积被北美物源主导;相对地,MIS6、MIS4期的沉积由西伯利亚物源-穿极流模式主导,反映了欧亚大陆冰盖的大规模发育。同时,研究区域在MIS7、MIS5期的间冰期/间冰阶的沉积也与MIS3、MIS1期的沉积有所区别。MIS7、MIS5期的间冰期/间冰阶表现为西伯利亚物源以及穿极流控制下的沉积,而MIS3期和全新世则表现为北美物源以及波弗特环流作用下的沉积特征,这一差异说明中-晚第四纪间冰阶段北冰洋表层洋流的位置在晚更新世前后发生了变迁。

为了研究寒区细粒土在冻融循环作用下的剪切力学特性变化规律,对寒区粘土进行了冻融循环作用下的直接剪切试验,结果表明,土样内摩擦角随冻融循环次数的增加而增大,垂直压力相同时,土样抗剪强度随冻融次数的增加而增大,但冻融循环次数超过3次以后,冻融循环次数的增加对抗剪强度的影响很小。

研究季节冻土区粉质粘土冻融后的力学指标变化规律,以哈尔滨地区的粉质粘土为研究对象,进行了不同含水率,不同冻结温度,不同冻融循环次数及干密度情况下的剪切试验.试验结果表明:粉质黏土硬度随含水率的上升而增加,并且因循环次数增加而变硬.

改变土体干密度和补水条件,对粉质粘土进行了冻结融化试验,研究其封闭条件和开放条件下冻胀量、冻胀率、融沉量、融沉系数及水分迁移的变化规律。试验结果表明:封闭系统条件下的融沉量小于开放系统的融沉量,融沉系数与干密度呈负相关,且拟合度较好;开放系统条件下的冻胀量总体明显高于封闭系统的冻胀量,冻胀率随干密度的增加而增大;开放系统的水分迁移量较封闭系统迁移量大,土体含水率随高度的增加而降低,干密度愈大水分迁移量愈小。

以黑龙江地区季节冻土区粉质粘土为例,通过单因素和多因素冻胀性试验研究,分析了冻胀率随含水率、冻结温度及干密度的变化规律,应用spss统计分析软件建立了冻胀率与含水率、干密度及冻结温度的多元线性回归模型。试验结果表明,粉质粘土的冻胀率与含水率、干密度及冻结温度呈较好的线性关系,高含水率、低冻结温度及大干密度会使土的冻胀性加剧;含水率对土的冻胀率影响最显著,其次是冻结温度,干密度最小;多元线性回归模型拟合度较好。

为考察不同冻结状态下冻融作用对粉质粘土表面孔隙结构的影响规律,利用氮气吸附法,对黑龙江省哈尔滨市万家地区的粉质粘土冻融前、冻融中和冻融后三种不同状态进行试验研究,分析了不同冻结状态下的孔隙结构变化特征。试验结果表明,冻融前、冻融中以及冻融后土的微观结构特征有一定的变化,表现为土样冻融后孔的比表面积较冻融前增加1.9%,冻融中土孔的比表面积较冻融前减少5.9%;冻融中的微孔孔容最大,冻融前的微孔孔容最小;冻融后的中孔累积孔容增加,冻融中的累积孔容减小,冻融前后孔隙的总体分布趋势无明显的变化。

为了详细研究淮南矿区冻土的物理力学性能,为冻结法施工提供设计参数,以刘庄煤矿东风井典型粘土层为研究对象,在冻结冻土力学性能室内进行了人工冻结的蠕变试验。根据冻土单轴蠕变实验数据,分析总结出冻土在单轴应力条件下的应力、应变、温度和时间相互作用的关系,从而得到蠕变本构方程和蠕变规律,该规律对淮南矿区井筒冻结设计和施工具有重要的借鉴意义。

文章对哈尔滨地区的粉质粘土进行了冻结过程的水分迁移试验,考察了含水率、冻结温度及干密度在封闭系统的条件下对粉质粘土中水分迁移的影响。结果表明,控制含水率和干密度相同,顶板的冻结温度越高,水分迁移量越大,顶板冻结温度为-3℃的水分迁移量较冻结温度为-9℃的水分迁移量大;控制顶板冻结温度和干密度相同,初始含水率大的试样,水分迁移量大;控制顶板冻结温度和含水率相同,水分迁移量随干密度的增加而减小。