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找技术 >兰州马啣山多年冻土活动层土壤特性对牧草根系寿命的影响
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:农、林、牧、渔业
技术简介
一、研究背景、目的及其意义 近年来,随着全球变化与生态系统研究的深入开展,植物根系寿命及其与土壤环境的研究也日益受到重视。根系生长和寿命特征成为区域和全球尺度气候、生态模型中的必要参数。但由于根系生长于地下,准确取样、测定和观察等十分困难,至今人们对于植物地下部分结构与功能的研究了解仍十分有限,根系寿命与环境因子的关系不够明确。尤其在土壤环境条件十分特殊的多年冻土区,有关根系生长和寿命的研究还鲜有报道。 马啣山是黄土高原范围内的最高山峰,处于青藏高原、黄土高原和内蒙古高原三大高原交汇处,也是我国高寒区(青藏高原)、干旱区和季风区三大气候分区的交界处,在区域气候、地质地理以及生态环境研究中具有十分突出的地位。马啣山也是黄土高原范围内唯一被证实有多年冻土存在的地区,这一地区的多年冻土被冻土学界称为黄土高原多年冻土的“活化石”。便捷的交通条件和独特的地理与生态环境,使马啣山地区成为兰州周边不可多得的环境科学研究的天然实验室。兰州马啣山多年冻土上覆盖有优良的高山草甸牧场,对活动层土壤特性与牧草根系寿命的关系进行观测和研究,不但可以了解根系寿命和生长发育规律,还可以更好地理解根系在优良牧草群落中的功能及其与多年冻土环境因素的动态作用机制;同时为高山牧草最优管理和各种模型模拟提供准确和必要基础数据。 二、主要论点与论据 活动层季节性冻融对于高寒植物地下根系分布格局有深刻的影响。马啣山多年冻土冻融过程中,冻结为双向冻结,即由活动层表层往下和由活动层底层往上冻结,冻结期持续6个月左右,最大冻结深度达125cm;融化期3月下旬开始,土壤自上而下的融化。融化过程中,土壤表层最先具备适宜根系生长的温度和水分条件,因此马啣山多年冻土区高山草甸植物群落地下根系分布特征与青藏高原其他高寒植物一样,主要分布在表层土壤中,表层土壤根量密度值最高,然后随土层深度的增加根量密度值呈阶梯状减小。土壤冻结过程中,细根大量死亡以应对持续的温度变化。 活动层长期的低温环境增加了根系的干物质总量和高寒植物总的生物产量,马啣山研究区植物群落因此具极高的根茎比。活动层0℃以上积温和融化日数是影响牧草根量密度的主要因子。在植物生长季,根系的生长先于地上部分,地下总根量的变化幅度不如地上部分的变化幅度大,基本维持在一个相对较高的数值。这种根系分布和生长特征和马啣山多年冻土活动层特性关系密切,是植物适应多年冻土反复冻融特征的体现之一。 三、创新之处 研究区在有黄土高原多年冻土“活化石”之称的兰州马啣山多年冻土区,收集大量活动层水热、地下根系和气象等本底数据,定量分析多年冻土活动层水热变化对于牧草根系寿命的影响,为深入研究全球气候背景下多年冻土变化特征提供本底参考,以上是本研究的创新之处。 四、社会经济效益、存在问题 兰州马啣山多年冻土上覆盖有优良的高山草甸牧场,对活动层土壤特性与牧草根系寿命的关系进行观测和研究,不但可以了解根系寿命和生长发育规律,还可以更好地理解根系在优良牧草群落中的功能及其与多年冻土环境因素的动态作用机制;同时可为高山牧草最优管理和各种模型模拟提供准确和必要基础数据。项目组成员在项目执行期间,根据科研工作的需要研发了适用于当地多年冻土环境的调查技术和方法,并申请了发明和实用新型专利,极大地方便了调查工作的开展。这些技术和方法同时可推广应用到其他相似多年冻土区域,提高高寒地区相关科学指标获取的准确性和效率。 由于需要综合对比青藏高原腹地典型多年冻土区与兰州马啣山多年冻土区地下根系及活动层水、热数据发表高质量论文,而青藏高原腹地典型多年冻土区相关数据序列采集工作起步较晚,尚不完整,因此本项目相关研究论文目前还在整理待发表过程中。
确定多年冻土天然上限深度方法及其在路堑工程中的应用
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
该成果以青藏公路衔接的多年冻土厚层地下冰地区五道梁八月份气温、以及风火山地区路堑边坡草坡护坡工程的人为上限值和砂粘土的天然上限值(即季节最大融化深度值)的多年实测数据为基础,建立了该地区天然上限、路堑边坡草皮护坡工程人为上限与八月份平均气温之间的统计相关经验公式。并根据该公式及二项式分布曲线,成功地作出了上述天然和人为上限深度百年变化的预报。公式形式简单、参数易取;最大相对误差为7%;成果表明,把保证率为5%时的年分的上限深度值(即20年一遇的数值)定为人为上限(又称保温层厚度)的最优设计值是合理的;可在风火山地区路基工程设计中采用。它为认识与利用天然和人为上限的变化规律提供了一条途径。
人工冻土基本力学性能研究与应用
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
1.技术领域 本项目属于冻土力学及冻结工法技术领域。 2.主要内容及特点 本项目获得了我国冻结法履盖的华东、华中、华北、东北地区40多个井筒不同深度典型土层在不同土质、不同负温条件下的冻土力学参数,建立了人工冻土单轴抗压强度特征、三轴剪切强度准则、长时强度特征、三轴和单轴蠕变变量分离的完整数学模型,形成了我国人工冻土力学理论基本框架,并首次提出了按稳定性(冻结壁和冻结管变形极限为判据)和强度条件设计冻结壁的新思路,建立了把温度和时间变量分离的有限高冻结壁时空设计理论和公式,并将研究成果直接应用于冻结设计和施工中,为解决深冻结并断管问题奠定了理论基础和方法。 3.应用推广情况 本项目研究与冻结凿井工程紧密联系,科研成果分别直接在山东济宁二号井(开挖荒径最大φ11m)、三号井、邱集(单层粘土最厚126.7m)、金桥(表土最深383.1m)、河南冷泉、古汉山、陈四楼(冻结最深435m)、城郊、位村、河北沽源、安徽张集、东北东荣二等矿应用,使冻结壁设计、施工方案和施工工艺的选择更为合理,缩短了冻结凿井工期,为有效防止冻结管断裂奠定了可靠的理论和设计基础。并把冻土力学原理应用到北京和上海地铁解决工程难题,取得了良好社会和经济效益。编制的国内唯一人工冻土试验标准《人工冻土物理力学性能试验》被批准为煤炭行业标准。
基于压力板仪的冻土未冻水含量的测试方法
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技术类型:发明
应用行业:建筑业
技术简介
本发明提供一种基于压力板仪的冻土未冻水含量的测试方法,该方法包括以下步骤:按土工实验标准取多个冻土试样并编号;在压力板仪陶土板表面铺上无气水直至陶土板下方管路无气泡产生饱和为止;将冻土试样放入压力板仪试样区,给冻土试样施加20kPa气压力, 待冻土试样内达到吸力平衡状态后,从量管中读出冻土试样的排水量;再重复步骤依次施加各级气压力得到气压力值与相对应气压力值下未冻水排水量的数据;计算出各级气压力下冻土试样的未冻水含量得出冻土试样的土水特征曲线
高寒高海拔多年冻土高速公路建设技术与应用
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技术类型:-
应用行业:建筑业
技术简介
该项目研究属交通运输领域。北半球分布3.5万kmsup2/sup多年冻土。青藏高原集中分布高海拔多年冻土,是中国战略支点和“一带一路”中亚、南亚两大通道节点。掌握多年冻土公路建设技术,是打通陆上通道的需要,4300m以上高海拔多年冻土高速公路建设技术更是全球冻土工程技术的制高点。黑色沥青路面吸热效应和宽幅路基尺度效应的叠加致使多年冻土高速公路路基、桩基融沉及隧道洞口融滑风险前所未有,国内外无工程经验借鉴。面对大尺度高速公路多年冻土灾变机理、工程冻融控制两大世界性技术难题,国内13家单位历经近二十年持续攻关,创立基础理论、创新设计方法、研发成套防控技术与施工方法,实现了灾变可防、融沉可控、工程可靠三大目标。取得四方面重要创新:创立公路冻土工程时空尺度效应理论,基于创建的环境模拟试验、野外暴露试验及实体工程验证平台长期研究,首次系统发现从8.5m宽到26.0m宽路基下冻土融沉发生的工程尺度效应、冻土融沉演变的时间尺度效应;建立多年冻土公路热融风险评价体系,解决大尺度路基冻土融沉灾变机理认知理论难题,实现多年冻土公路工程理论原始创新,提出高速公路冻土地基融沉防控设计理论与方法。构建冻土温度、路基高度、路基结构性态的三参量路基底热能量平衡体系,提出冻土上限控制融沉总量、冻土温度控制融沉历程的双控设计方法。突破高温多年冻土持续融沉控制设计瓶颈,保障冻土融沉由国际100cm以上降至20cm以下,填补融沉控制标准空白。研发高速公路冻融防控结构、材料与装备。基于90km冻土高速公路实验工程,创新散热型路基结构平衡黑色路面吸热效应,创新路面单向导热材料减小吸热强度,发明12种路基阻热导冷结构与装备冷却冻土地基;创新大断面隧道冻融防控技术,首次提出桥梁群桩基础回冻增强技术。攻克20.0m以上宽幅高速公路冻融灾变防控技术难题,病害率降至国际同类工程的1/10以下。创建多年冻土高速公路系列施工关键技术。提出冻土路基特殊结构、桩棒一体化冻土桩基、大断面隧道冻土洞口冻融防控系列施工技术,首次编制8大系列高速公路冻土工程国家、行业及地方标准。解决隔热板路基弯沉、块石路基空隙率、桩基回冻、隧道洞口融滑等施工控制难题。实现零的突破,建成全球首条635km多年冻土共玉高速公路,运营三年工程稳定。项目形成或纳入国家、行业及地方标准18部,取得专利91项(发明专利35项)、著作权7项,发表论文280篇(116篇SCI/EI),出版专著10部;获省部特等奖3项、一等奖4项。与港珠澳工程等一并入选交通运输部重大科技成就。指导新建多年冻土高速公路1100km;应用于全国五省区多年冻土公路升级改造3500km,以及中巴公路建设。经济效益41.78亿元。系列成果达国际领先水平。项目实现了中国多年冻土公路工程理论、技术的自主创新与国际超越,引领多年冻土区公路建设进入高速公路新阶段,是国际冻土工程新的里程碑。对促进西部区域稳定与发展、保障国防“生命线”、提高边疆通道应急应战能力、助推国家“一带一路”倡议交通基础设施互联互通具有特别重大意义。
高温多年冻土地区路面结构形式的适应性研究
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技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
项目通过对高温多年冻土地区的环境特点及影响冻融因素的分析研究,建立了保温层路基及基底温度状况预报模型;运用有限元理论分析了冻土温度场的分布规律;通过室内模拟试验及理论分析,结合试验路工程,研究分析了保温材料的隔热及实用效果和影响因素,总结提出保温材料的施工工艺和有效厚度及合理埋设深度,得出适应高温多年冻土地区的路面结构形式。通过对改性沥青的室内和试验路试验研究,证明掺入改性剂能有效改善沥青混合料的性能,具有抵抗温度应力,减少温缩裂缝的良好效果。该研究提出的保温材料和改性沥青在高温多年冻土地区公路建设中的应用,具有良好的推广应用前景,已在国道214线部分路段的设计、施工中得到应用,对提高工程质量起到了较好的指导作用,可在其它类似地区推广应用,研究总体上达到国内领先水平。
天津地区人工冻土物理力学性能试验及应用技术
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技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
本项目是天津市建委2011年度建设系统第一批科学技术发展技术发展计划,项目编号:2011-9。项目通过对天津市市区及滨海新区范围内土层分布调研,选取不同区域钻孔取样,取样基本包含了天津市土层和土质情况,通过室内实验对天津市市区土质的人工冻土的强度特性、变形特性和热物理特性进行研究,通过研究给出不同温度、不同土质、不同含水量、不同含盐量等条件下的单轴抗压强度、变形模量、泊松比、三轴抗剪强度指标、抗折强度、蠕变强度、冻结温度、导热系数、冻胀系数、融沉系数等物理力学及热物理指标,具体研究内容主要体现在以下几个方面: (一)天津市土层分布调研及现场取样: 在天津地铁线规划线路中,根据相应的地勘报告对沿线10m~40m深度处的土体进行土质研究。根据天津地质普查结果,整个市区土层基本上包括:素填土、冲积土、粘土、淤泥质粘土、粉质粘土、粉土、粉砂。以上土层基本遍布天津市市区,只是分布厚度不一样,局部地区出现错层现象和土层遗缺。通过地层分布与地铁规划线图的比较,5号线、6号线基本覆盖了天津个成因土层。 (二)人工冻土强度特性试验研究: 由于天津市区范围内土层分布情况呈现出不同地区分布厚度不同,含水量、盐量不同,现场取样包含不同土质、不同含盐量范围以及含水量范围,根据具体的取土地点土质情况进行人工冻土强度特性试验研究,主要研究内容如下: 基本物理力学指标:现场取原状土样,对原状土样的含水量、容重、含盐量等基本物理指标进行常规的室内试验。 人工冻土单轴抗压强度试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的单轴抗压强度; 人工冻土三轴抗剪强度试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的三轴抗剪强度指标; 人工冻土抗折强度试验:制备不同土质试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的抗折强度; 人工冻土单轴蠕变强度试验:制备不同土质试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的单轴蠕变强度; (三)人工冻土变形特性试验研究: 变形模量及泊松比试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的变形模量和泊松比; 冻胀融沉系数试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的冻胀融沉系数; (四)人工冻土热物理参数试验研究: 导热系数试验:利用导热系数测定仪测定取样地区不同土质的人工冻土的导热系数。 比热试验:对不同冻结温度下冻土的比热进行试验测定。 冻结温度试验:对取样地区土壤的冻结温度进行测试实验,分析了土壤冻结温度随土性的变化规律,通过试验给定不同土质土体的冻结温度。 (五)人工冻土冻结过程中温度场发展规律研究: 采用有限元分析的手段,考虑多场耦合对人工冻结过程中温度场的发展规律进行有限元分析,结合现场检测数据提出合理的计算方法,利用提出的有限元计算方法对人工冻结过程中的温度场发展规律进行研究; (五)人工冻土冻结过程中冻胀融沉特性及联络通道施工过程的有限元分析: 综合考虑水、热、力三场的耦合效应来建立计算模型,对冻胀、融沉引起的地层位移以及地基土的附加应力的数值分析方法进行研究,对人工冻结过程中冻胀融沉变形特性进行研究,通过建立联络通道开挖有限元模型,对联络通道施工过程进行数值模拟,分析施工过程中的应力场和位移场。 (六)人工冻土冻结法设计计算方法的研究: 结合人工冻土相关理论,对城市地下工程中人工冻结法的相关计算方法进行研究,为地方性规范制定提供基础。 本项目首次得出了天津市区不同土层的人工冻土的力学特性指标、变形特性指标和热物理特性指标及其变化规律,成果可直接应用于天津市区地下工程人工冻土工程设计;同时,项目分析研究了人工冻结过程中温度场发展规律,给出了冻土墙设计厚度所需的平均冻结温度及时间;总结出了冻土冻结、融化过程中周边的冻胀融沉规律、开挖过程中冻土的变形规律以及冻土融化时间,研究确定了天津地区人工冻土设计计算方法,可以用于指导天津地区人工冻土工程建设。
深季节冻土区工程冻土综合技术研究
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技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
1、课题来源于背景 “深季节冻土区工程冻土综合技术研究”来源于水利部公益性行业科研专项,合同编号201001027 。 2、技术原理及性能指标 针对深季节冻土区水利工程边坡特别是膨胀土、分散性粘土边坡以及冬季施工的关键技术问题,通过现场观测、模型试验、数值计算与仿真技术,开展了深季节冻土区土质边坡冻害破坏机理及稳定性模拟、分散性粘土与膨胀土边坡改良防护、输配水干渠工程防冻胀、延长深季节冻土区水利工程施工期、新型防冻胀材料等方面的研究,提出了土质(膨胀土、分散土)冻胀治理措施以及延长寒冷地区水利工程施工期的有效方法,为寒冷地区水利工程建设提供了技术支撑。 (1)揭示了深季节冻土区渠道边坡特别是膨胀土、分散土边坡冻融破坏机理; (2)完善了低温环境下混凝土工程的施工和边坡防护工程冰上施工技术,延长了水利工程有效施工期; (3)研制了新型防冻胀复合保温材料; (4)编制了《寒冷地区水工混凝土冬季施工指南》、《深季节冻土区分散性粘土与膨胀土边坡设计与施工技术指南》等施工指导文件。 3、技术的创造性与先进性 针对深季节冻土区水工土质边坡的冻害破坏开展了迄今为止较大规模的科研工作,从规模、研究范围、整体的成果水平,以及研究成果的系统性、试验示范的领域都相对较大,通过多学科的联合攻关和思想创新、理念创新、集成创新取得了较为系统化、规范化的成果。 (1)通过现场观测、模型试验、数值计算与仿真对深季节冻土区水工土质边坡的破坏机理开展了较为深入的研究,系统地揭示了深季节冻土区渠道边坡冻融破坏机理。 (2)针对分散性粘土和膨胀土的冻胀破坏,通过室内试验、大型冻土力学模型试验、数值计算分析,从冻胀机制、力学性能、以及冻害破坏治理技术等方面进行了系统的研究,填补了许多国内外研究的空白,深季节冻土区膨胀土、分散性粘土冻胀问题的研究,取得如此成果在国内是首次。 (3)深季节冻土区开展“延长深季节冻土区水利工程施工期新技术研究”,完善并规范了目前低温环境下混凝土工程的施工技术和边坡防护工程冰上施工技术,解决了长期以来施工作业不规范、技术支撑不完善的问题。 (4)本项目完成的另一个成果就是架通了科研成果向技术推广应用的桥梁,各项应用技术成果都编制了相应的技术导则、指南等等技术标准,为成果的推广应用奠定了基础。 4、技术的成熟程度,适用范围和安全性 该项技术已经成熟,具备在工程中推广应用的条件,该项目成果适用于深季节冻土区的水利工程建设。 5、应用情况及问题 项目研究成果已在黑龙江省重大水利工程尼尔基引扩建等工程中应用。
青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应
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应用行业:建筑业
技术简介
该项目紧紧围绕着青藏铁路工程建设中多年冻土区筑路关键技术问题开展了系统集成研究,在气候变化影响和高温高含冰量多年冻土的复杂工程背景下,提出了冷却路基、降低多年冻土温度的积极保护多年冻土的设计新思想,突破了传统增加热阻的被动保护多年冻土的筑路设计原则,提出了一系列冷却路基的工程措施,为解决高温高含冰量冻土路基稳定性提供了科学途径;同时通过室内模型试验、数值模拟和仿真试验、青藏铁路正线试验段和非正线机理试验段系统研究,建立了一套冷却路基筑路技术的理论和方法,使国内冻土区工程理论研究有了新突破,极大地提升国内冻土工程研究在国际上的地位,在目前国际冻土工程处于领先地位。
多年冻土青藏公路建设和养护技术
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应用行业:建筑业
技术简介
该项目是青藏公路四期科研成果的系统集成和创新,项目结合青藏公路历次改建整治、运营养护进行了持续的跟踪研究,建立了高原腹地550公里连续多年冻土公路动态监测体系,系统研究了路面、路基、桥梁桩基、维修养护技术、环境、气候与冻土间的相互关系,创造性地提出合理路基高度与保护冻土的路基稳定技术、基于控制路基融沉变形的沥青路面结构,首次在青藏高原多年冻土区成功修筑高等级沥青路面,突破了国际工程界关于多年冻土区不能修筑沥青路面的禁区,实现了自主创新。创立了公路冻土工程理论,揭示了路基变形、多年冻土变化、沥青路面加速冻土退化等规律,实现了原始创新。建立了多年冻土变化与路基变形预测预报体系,提出了特定环境下沥青路面合理使用与改建整治技术,形成包括新标准、新方法、新结构、新材料、新工艺及配套试验研究设备的成套建设养护技术,实现了集成创新。
找到40项技术成果数据。
找技术 >兰州马啣山多年冻土活动层土壤特性对牧草根系寿命的影响
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应用行业:农、林、牧、渔业
技术简介
一、研究背景、目的及其意义 近年来,随着全球变化与生态系统研究的深入开展,植物根系寿命及其与土壤环境的研究也日益受到重视。根系生长和寿命特征成为区域和全球尺度气候、生态模型中的必要参数。但由于根系生长于地下,准确取样、测定和观察等十分困难,至今人们对于植物地下部分结构与功能的研究了解仍十分有限,根系寿命与环境因子的关系不够明确。尤其在土壤环境条件十分特殊的多年冻土区,有关根系生长和寿命的研究还鲜有报道。 马啣山是黄土高原范围内的最高山峰,处于青藏高原、黄土高原和内蒙古高原三大高原交汇处,也是我国高寒区(青藏高原)、干旱区和季风区三大气候分区的交界处,在区域气候、地质地理以及生态环境研究中具有十分突出的地位。马啣山也是黄土高原范围内唯一被证实有多年冻土存在的地区,这一地区的多年冻土被冻土学界称为黄土高原多年冻土的“活化石”。便捷的交通条件和独特的地理与生态环境,使马啣山地区成为兰州周边不可多得的环境科学研究的天然实验室。兰州马啣山多年冻土上覆盖有优良的高山草甸牧场,对活动层土壤特性与牧草根系寿命的关系进行观测和研究,不但可以了解根系寿命和生长发育规律,还可以更好地理解根系在优良牧草群落中的功能及其与多年冻土环境因素的动态作用机制;同时为高山牧草最优管理和各种模型模拟提供准确和必要基础数据。 二、主要论点与论据 活动层季节性冻融对于高寒植物地下根系分布格局有深刻的影响。马啣山多年冻土冻融过程中,冻结为双向冻结,即由活动层表层往下和由活动层底层往上冻结,冻结期持续6个月左右,最大冻结深度达125cm;融化期3月下旬开始,土壤自上而下的融化。融化过程中,土壤表层最先具备适宜根系生长的温度和水分条件,因此马啣山多年冻土区高山草甸植物群落地下根系分布特征与青藏高原其他高寒植物一样,主要分布在表层土壤中,表层土壤根量密度值最高,然后随土层深度的增加根量密度值呈阶梯状减小。土壤冻结过程中,细根大量死亡以应对持续的温度变化。 活动层长期的低温环境增加了根系的干物质总量和高寒植物总的生物产量,马啣山研究区植物群落因此具极高的根茎比。活动层0℃以上积温和融化日数是影响牧草根量密度的主要因子。在植物生长季,根系的生长先于地上部分,地下总根量的变化幅度不如地上部分的变化幅度大,基本维持在一个相对较高的数值。这种根系分布和生长特征和马啣山多年冻土活动层特性关系密切,是植物适应多年冻土反复冻融特征的体现之一。 三、创新之处 研究区在有黄土高原多年冻土“活化石”之称的兰州马啣山多年冻土区,收集大量活动层水热、地下根系和气象等本底数据,定量分析多年冻土活动层水热变化对于牧草根系寿命的影响,为深入研究全球气候背景下多年冻土变化特征提供本底参考,以上是本研究的创新之处。 四、社会经济效益、存在问题 兰州马啣山多年冻土上覆盖有优良的高山草甸牧场,对活动层土壤特性与牧草根系寿命的关系进行观测和研究,不但可以了解根系寿命和生长发育规律,还可以更好地理解根系在优良牧草群落中的功能及其与多年冻土环境因素的动态作用机制;同时可为高山牧草最优管理和各种模型模拟提供准确和必要基础数据。项目组成员在项目执行期间,根据科研工作的需要研发了适用于当地多年冻土环境的调查技术和方法,并申请了发明和实用新型专利,极大地方便了调查工作的开展。这些技术和方法同时可推广应用到其他相似多年冻土区域,提高高寒地区相关科学指标获取的准确性和效率。 由于需要综合对比青藏高原腹地典型多年冻土区与兰州马啣山多年冻土区地下根系及活动层水、热数据发表高质量论文,而青藏高原腹地典型多年冻土区相关数据序列采集工作起步较晚,尚不完整,因此本项目相关研究论文目前还在整理待发表过程中。
确定多年冻土天然上限深度方法及其在路堑工程中的应用
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
该成果以青藏公路衔接的多年冻土厚层地下冰地区五道梁八月份气温、以及风火山地区路堑边坡草坡护坡工程的人为上限值和砂粘土的天然上限值(即季节最大融化深度值)的多年实测数据为基础,建立了该地区天然上限、路堑边坡草皮护坡工程人为上限与八月份平均气温之间的统计相关经验公式。并根据该公式及二项式分布曲线,成功地作出了上述天然和人为上限深度百年变化的预报。公式形式简单、参数易取;最大相对误差为7%;成果表明,把保证率为5%时的年分的上限深度值(即20年一遇的数值)定为人为上限(又称保温层厚度)的最优设计值是合理的;可在风火山地区路基工程设计中采用。它为认识与利用天然和人为上限的变化规律提供了一条途径。
人工冻土基本力学性能研究与应用
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
1.技术领域 本项目属于冻土力学及冻结工法技术领域。 2.主要内容及特点 本项目获得了我国冻结法履盖的华东、华中、华北、东北地区40多个井筒不同深度典型土层在不同土质、不同负温条件下的冻土力学参数,建立了人工冻土单轴抗压强度特征、三轴剪切强度准则、长时强度特征、三轴和单轴蠕变变量分离的完整数学模型,形成了我国人工冻土力学理论基本框架,并首次提出了按稳定性(冻结壁和冻结管变形极限为判据)和强度条件设计冻结壁的新思路,建立了把温度和时间变量分离的有限高冻结壁时空设计理论和公式,并将研究成果直接应用于冻结设计和施工中,为解决深冻结并断管问题奠定了理论基础和方法。 3.应用推广情况 本项目研究与冻结凿井工程紧密联系,科研成果分别直接在山东济宁二号井(开挖荒径最大φ11m)、三号井、邱集(单层粘土最厚126.7m)、金桥(表土最深383.1m)、河南冷泉、古汉山、陈四楼(冻结最深435m)、城郊、位村、河北沽源、安徽张集、东北东荣二等矿应用,使冻结壁设计、施工方案和施工工艺的选择更为合理,缩短了冻结凿井工期,为有效防止冻结管断裂奠定了可靠的理论和设计基础。并把冻土力学原理应用到北京和上海地铁解决工程难题,取得了良好社会和经济效益。编制的国内唯一人工冻土试验标准《人工冻土物理力学性能试验》被批准为煤炭行业标准。
基于压力板仪的冻土未冻水含量的测试方法
成熟度:-
技术类型:发明
应用行业:建筑业
技术简介
本发明提供一种基于压力板仪的冻土未冻水含量的测试方法,该方法包括以下步骤:按土工实验标准取多个冻土试样并编号;在压力板仪陶土板表面铺上无气水直至陶土板下方管路无气泡产生饱和为止;将冻土试样放入压力板仪试样区,给冻土试样施加20kPa气压力, 待冻土试样内达到吸力平衡状态后,从量管中读出冻土试样的排水量;再重复步骤依次施加各级气压力得到气压力值与相对应气压力值下未冻水排水量的数据;计算出各级气压力下冻土试样的未冻水含量得出冻土试样的土水特征曲线
高寒高海拔多年冻土高速公路建设技术与应用
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:建筑业
技术简介
该项目研究属交通运输领域。北半球分布3.5万kmsup2/sup多年冻土。青藏高原集中分布高海拔多年冻土,是中国战略支点和“一带一路”中亚、南亚两大通道节点。掌握多年冻土公路建设技术,是打通陆上通道的需要,4300m以上高海拔多年冻土高速公路建设技术更是全球冻土工程技术的制高点。黑色沥青路面吸热效应和宽幅路基尺度效应的叠加致使多年冻土高速公路路基、桩基融沉及隧道洞口融滑风险前所未有,国内外无工程经验借鉴。面对大尺度高速公路多年冻土灾变机理、工程冻融控制两大世界性技术难题,国内13家单位历经近二十年持续攻关,创立基础理论、创新设计方法、研发成套防控技术与施工方法,实现了灾变可防、融沉可控、工程可靠三大目标。取得四方面重要创新:创立公路冻土工程时空尺度效应理论,基于创建的环境模拟试验、野外暴露试验及实体工程验证平台长期研究,首次系统发现从8.5m宽到26.0m宽路基下冻土融沉发生的工程尺度效应、冻土融沉演变的时间尺度效应;建立多年冻土公路热融风险评价体系,解决大尺度路基冻土融沉灾变机理认知理论难题,实现多年冻土公路工程理论原始创新,提出高速公路冻土地基融沉防控设计理论与方法。构建冻土温度、路基高度、路基结构性态的三参量路基底热能量平衡体系,提出冻土上限控制融沉总量、冻土温度控制融沉历程的双控设计方法。突破高温多年冻土持续融沉控制设计瓶颈,保障冻土融沉由国际100cm以上降至20cm以下,填补融沉控制标准空白。研发高速公路冻融防控结构、材料与装备。基于90km冻土高速公路实验工程,创新散热型路基结构平衡黑色路面吸热效应,创新路面单向导热材料减小吸热强度,发明12种路基阻热导冷结构与装备冷却冻土地基;创新大断面隧道冻融防控技术,首次提出桥梁群桩基础回冻增强技术。攻克20.0m以上宽幅高速公路冻融灾变防控技术难题,病害率降至国际同类工程的1/10以下。创建多年冻土高速公路系列施工关键技术。提出冻土路基特殊结构、桩棒一体化冻土桩基、大断面隧道冻土洞口冻融防控系列施工技术,首次编制8大系列高速公路冻土工程国家、行业及地方标准。解决隔热板路基弯沉、块石路基空隙率、桩基回冻、隧道洞口融滑等施工控制难题。实现零的突破,建成全球首条635km多年冻土共玉高速公路,运营三年工程稳定。项目形成或纳入国家、行业及地方标准18部,取得专利91项(发明专利35项)、著作权7项,发表论文280篇(116篇SCI/EI),出版专著10部;获省部特等奖3项、一等奖4项。与港珠澳工程等一并入选交通运输部重大科技成就。指导新建多年冻土高速公路1100km;应用于全国五省区多年冻土公路升级改造3500km,以及中巴公路建设。经济效益41.78亿元。系列成果达国际领先水平。项目实现了中国多年冻土公路工程理论、技术的自主创新与国际超越,引领多年冻土区公路建设进入高速公路新阶段,是国际冻土工程新的里程碑。对促进西部区域稳定与发展、保障国防“生命线”、提高边疆通道应急应战能力、助推国家“一带一路”倡议交通基础设施互联互通具有特别重大意义。
高温多年冻土地区路面结构形式的适应性研究
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技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
项目通过对高温多年冻土地区的环境特点及影响冻融因素的分析研究,建立了保温层路基及基底温度状况预报模型;运用有限元理论分析了冻土温度场的分布规律;通过室内模拟试验及理论分析,结合试验路工程,研究分析了保温材料的隔热及实用效果和影响因素,总结提出保温材料的施工工艺和有效厚度及合理埋设深度,得出适应高温多年冻土地区的路面结构形式。通过对改性沥青的室内和试验路试验研究,证明掺入改性剂能有效改善沥青混合料的性能,具有抵抗温度应力,减少温缩裂缝的良好效果。该研究提出的保温材料和改性沥青在高温多年冻土地区公路建设中的应用,具有良好的推广应用前景,已在国道214线部分路段的设计、施工中得到应用,对提高工程质量起到了较好的指导作用,可在其它类似地区推广应用,研究总体上达到国内领先水平。
天津地区人工冻土物理力学性能试验及应用技术
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应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
本项目是天津市建委2011年度建设系统第一批科学技术发展技术发展计划,项目编号:2011-9。项目通过对天津市市区及滨海新区范围内土层分布调研,选取不同区域钻孔取样,取样基本包含了天津市土层和土质情况,通过室内实验对天津市市区土质的人工冻土的强度特性、变形特性和热物理特性进行研究,通过研究给出不同温度、不同土质、不同含水量、不同含盐量等条件下的单轴抗压强度、变形模量、泊松比、三轴抗剪强度指标、抗折强度、蠕变强度、冻结温度、导热系数、冻胀系数、融沉系数等物理力学及热物理指标,具体研究内容主要体现在以下几个方面: (一)天津市土层分布调研及现场取样: 在天津地铁线规划线路中,根据相应的地勘报告对沿线10m~40m深度处的土体进行土质研究。根据天津地质普查结果,整个市区土层基本上包括:素填土、冲积土、粘土、淤泥质粘土、粉质粘土、粉土、粉砂。以上土层基本遍布天津市市区,只是分布厚度不一样,局部地区出现错层现象和土层遗缺。通过地层分布与地铁规划线图的比较,5号线、6号线基本覆盖了天津个成因土层。 (二)人工冻土强度特性试验研究: 由于天津市区范围内土层分布情况呈现出不同地区分布厚度不同,含水量、盐量不同,现场取样包含不同土质、不同含盐量范围以及含水量范围,根据具体的取土地点土质情况进行人工冻土强度特性试验研究,主要研究内容如下: 基本物理力学指标:现场取原状土样,对原状土样的含水量、容重、含盐量等基本物理指标进行常规的室内试验。 人工冻土单轴抗压强度试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的单轴抗压强度; 人工冻土三轴抗剪强度试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的三轴抗剪强度指标; 人工冻土抗折强度试验:制备不同土质试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的抗折强度; 人工冻土单轴蠕变强度试验:制备不同土质试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的单轴蠕变强度; (三)人工冻土变形特性试验研究: 变形模量及泊松比试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的变形模量和泊松比; 冻胀融沉系数试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的冻胀融沉系数; (四)人工冻土热物理参数试验研究: 导热系数试验:利用导热系数测定仪测定取样地区不同土质的人工冻土的导热系数。 比热试验:对不同冻结温度下冻土的比热进行试验测定。 冻结温度试验:对取样地区土壤的冻结温度进行测试实验,分析了土壤冻结温度随土性的变化规律,通过试验给定不同土质土体的冻结温度。 (五)人工冻土冻结过程中温度场发展规律研究: 采用有限元分析的手段,考虑多场耦合对人工冻结过程中温度场的发展规律进行有限元分析,结合现场检测数据提出合理的计算方法,利用提出的有限元计算方法对人工冻结过程中的温度场发展规律进行研究; (五)人工冻土冻结过程中冻胀融沉特性及联络通道施工过程的有限元分析: 综合考虑水、热、力三场的耦合效应来建立计算模型,对冻胀、融沉引起的地层位移以及地基土的附加应力的数值分析方法进行研究,对人工冻结过程中冻胀融沉变形特性进行研究,通过建立联络通道开挖有限元模型,对联络通道施工过程进行数值模拟,分析施工过程中的应力场和位移场。 (六)人工冻土冻结法设计计算方法的研究: 结合人工冻土相关理论,对城市地下工程中人工冻结法的相关计算方法进行研究,为地方性规范制定提供基础。 本项目首次得出了天津市区不同土层的人工冻土的力学特性指标、变形特性指标和热物理特性指标及其变化规律,成果可直接应用于天津市区地下工程人工冻土工程设计;同时,项目分析研究了人工冻结过程中温度场发展规律,给出了冻土墙设计厚度所需的平均冻结温度及时间;总结出了冻土冻结、融化过程中周边的冻胀融沉规律、开挖过程中冻土的变形规律以及冻土融化时间,研究确定了天津地区人工冻土设计计算方法,可以用于指导天津地区人工冻土工程建设。
深季节冻土区工程冻土综合技术研究
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应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
1、课题来源于背景 “深季节冻土区工程冻土综合技术研究”来源于水利部公益性行业科研专项,合同编号201001027 。 2、技术原理及性能指标 针对深季节冻土区水利工程边坡特别是膨胀土、分散性粘土边坡以及冬季施工的关键技术问题,通过现场观测、模型试验、数值计算与仿真技术,开展了深季节冻土区土质边坡冻害破坏机理及稳定性模拟、分散性粘土与膨胀土边坡改良防护、输配水干渠工程防冻胀、延长深季节冻土区水利工程施工期、新型防冻胀材料等方面的研究,提出了土质(膨胀土、分散土)冻胀治理措施以及延长寒冷地区水利工程施工期的有效方法,为寒冷地区水利工程建设提供了技术支撑。 (1)揭示了深季节冻土区渠道边坡特别是膨胀土、分散土边坡冻融破坏机理; (2)完善了低温环境下混凝土工程的施工和边坡防护工程冰上施工技术,延长了水利工程有效施工期; (3)研制了新型防冻胀复合保温材料; (4)编制了《寒冷地区水工混凝土冬季施工指南》、《深季节冻土区分散性粘土与膨胀土边坡设计与施工技术指南》等施工指导文件。 3、技术的创造性与先进性 针对深季节冻土区水工土质边坡的冻害破坏开展了迄今为止较大规模的科研工作,从规模、研究范围、整体的成果水平,以及研究成果的系统性、试验示范的领域都相对较大,通过多学科的联合攻关和思想创新、理念创新、集成创新取得了较为系统化、规范化的成果。 (1)通过现场观测、模型试验、数值计算与仿真对深季节冻土区水工土质边坡的破坏机理开展了较为深入的研究,系统地揭示了深季节冻土区渠道边坡冻融破坏机理。 (2)针对分散性粘土和膨胀土的冻胀破坏,通过室内试验、大型冻土力学模型试验、数值计算分析,从冻胀机制、力学性能、以及冻害破坏治理技术等方面进行了系统的研究,填补了许多国内外研究的空白,深季节冻土区膨胀土、分散性粘土冻胀问题的研究,取得如此成果在国内是首次。 (3)深季节冻土区开展“延长深季节冻土区水利工程施工期新技术研究”,完善并规范了目前低温环境下混凝土工程的施工技术和边坡防护工程冰上施工技术,解决了长期以来施工作业不规范、技术支撑不完善的问题。 (4)本项目完成的另一个成果就是架通了科研成果向技术推广应用的桥梁,各项应用技术成果都编制了相应的技术导则、指南等等技术标准,为成果的推广应用奠定了基础。 4、技术的成熟程度,适用范围和安全性 该项技术已经成熟,具备在工程中推广应用的条件,该项目成果适用于深季节冻土区的水利工程建设。 5、应用情况及问题 项目研究成果已在黑龙江省重大水利工程尼尔基引扩建等工程中应用。
青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应
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应用行业:建筑业
技术简介
该项目紧紧围绕着青藏铁路工程建设中多年冻土区筑路关键技术问题开展了系统集成研究,在气候变化影响和高温高含冰量多年冻土的复杂工程背景下,提出了冷却路基、降低多年冻土温度的积极保护多年冻土的设计新思想,突破了传统增加热阻的被动保护多年冻土的筑路设计原则,提出了一系列冷却路基的工程措施,为解决高温高含冰量冻土路基稳定性提供了科学途径;同时通过室内模型试验、数值模拟和仿真试验、青藏铁路正线试验段和非正线机理试验段系统研究,建立了一套冷却路基筑路技术的理论和方法,使国内冻土区工程理论研究有了新突破,极大地提升国内冻土工程研究在国际上的地位,在目前国际冻土工程处于领先地位。
多年冻土青藏公路建设和养护技术
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技术类型:-
应用行业:建筑业
技术简介
该项目是青藏公路四期科研成果的系统集成和创新,项目结合青藏公路历次改建整治、运营养护进行了持续的跟踪研究,建立了高原腹地550公里连续多年冻土公路动态监测体系,系统研究了路面、路基、桥梁桩基、维修养护技术、环境、气候与冻土间的相互关系,创造性地提出合理路基高度与保护冻土的路基稳定技术、基于控制路基融沉变形的沥青路面结构,首次在青藏高原多年冻土区成功修筑高等级沥青路面,突破了国际工程界关于多年冻土区不能修筑沥青路面的禁区,实现了自主创新。创立了公路冻土工程理论,揭示了路基变形、多年冻土变化、沥青路面加速冻土退化等规律,实现了原始创新。建立了多年冻土变化与路基变形预测预报体系,提出了特定环境下沥青路面合理使用与改建整治技术,形成包括新标准、新方法、新结构、新材料、新工艺及配套试验研究设备的成套建设养护技术,实现了集成创新。
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找技术 >兰州马啣山多年冻土活动层土壤特性对牧草根系寿命的影响
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应用行业:农、林、牧、渔业
技术简介
一、研究背景、目的及其意义 近年来,随着全球变化与生态系统研究的深入开展,植物根系寿命及其与土壤环境的研究也日益受到重视。根系生长和寿命特征成为区域和全球尺度气候、生态模型中的必要参数。但由于根系生长于地下,准确取样、测定和观察等十分困难,至今人们对于植物地下部分结构与功能的研究了解仍十分有限,根系寿命与环境因子的关系不够明确。尤其在土壤环境条件十分特殊的多年冻土区,有关根系生长和寿命的研究还鲜有报道。 马啣山是黄土高原范围内的最高山峰,处于青藏高原、黄土高原和内蒙古高原三大高原交汇处,也是我国高寒区(青藏高原)、干旱区和季风区三大气候分区的交界处,在区域气候、地质地理以及生态环境研究中具有十分突出的地位。马啣山也是黄土高原范围内唯一被证实有多年冻土存在的地区,这一地区的多年冻土被冻土学界称为黄土高原多年冻土的“活化石”。便捷的交通条件和独特的地理与生态环境,使马啣山地区成为兰州周边不可多得的环境科学研究的天然实验室。兰州马啣山多年冻土上覆盖有优良的高山草甸牧场,对活动层土壤特性与牧草根系寿命的关系进行观测和研究,不但可以了解根系寿命和生长发育规律,还可以更好地理解根系在优良牧草群落中的功能及其与多年冻土环境因素的动态作用机制;同时为高山牧草最优管理和各种模型模拟提供准确和必要基础数据。 二、主要论点与论据 活动层季节性冻融对于高寒植物地下根系分布格局有深刻的影响。马啣山多年冻土冻融过程中,冻结为双向冻结,即由活动层表层往下和由活动层底层往上冻结,冻结期持续6个月左右,最大冻结深度达125cm;融化期3月下旬开始,土壤自上而下的融化。融化过程中,土壤表层最先具备适宜根系生长的温度和水分条件,因此马啣山多年冻土区高山草甸植物群落地下根系分布特征与青藏高原其他高寒植物一样,主要分布在表层土壤中,表层土壤根量密度值最高,然后随土层深度的增加根量密度值呈阶梯状减小。土壤冻结过程中,细根大量死亡以应对持续的温度变化。 活动层长期的低温环境增加了根系的干物质总量和高寒植物总的生物产量,马啣山研究区植物群落因此具极高的根茎比。活动层0℃以上积温和融化日数是影响牧草根量密度的主要因子。在植物生长季,根系的生长先于地上部分,地下总根量的变化幅度不如地上部分的变化幅度大,基本维持在一个相对较高的数值。这种根系分布和生长特征和马啣山多年冻土活动层特性关系密切,是植物适应多年冻土反复冻融特征的体现之一。 三、创新之处 研究区在有黄土高原多年冻土“活化石”之称的兰州马啣山多年冻土区,收集大量活动层水热、地下根系和气象等本底数据,定量分析多年冻土活动层水热变化对于牧草根系寿命的影响,为深入研究全球气候背景下多年冻土变化特征提供本底参考,以上是本研究的创新之处。 四、社会经济效益、存在问题 兰州马啣山多年冻土上覆盖有优良的高山草甸牧场,对活动层土壤特性与牧草根系寿命的关系进行观测和研究,不但可以了解根系寿命和生长发育规律,还可以更好地理解根系在优良牧草群落中的功能及其与多年冻土环境因素的动态作用机制;同时可为高山牧草最优管理和各种模型模拟提供准确和必要基础数据。项目组成员在项目执行期间,根据科研工作的需要研发了适用于当地多年冻土环境的调查技术和方法,并申请了发明和实用新型专利,极大地方便了调查工作的开展。这些技术和方法同时可推广应用到其他相似多年冻土区域,提高高寒地区相关科学指标获取的准确性和效率。 由于需要综合对比青藏高原腹地典型多年冻土区与兰州马啣山多年冻土区地下根系及活动层水、热数据发表高质量论文,而青藏高原腹地典型多年冻土区相关数据序列采集工作起步较晚,尚不完整,因此本项目相关研究论文目前还在整理待发表过程中。
确定多年冻土天然上限深度方法及其在路堑工程中的应用
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应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
该成果以青藏公路衔接的多年冻土厚层地下冰地区五道梁八月份气温、以及风火山地区路堑边坡草坡护坡工程的人为上限值和砂粘土的天然上限值(即季节最大融化深度值)的多年实测数据为基础,建立了该地区天然上限、路堑边坡草皮护坡工程人为上限与八月份平均气温之间的统计相关经验公式。并根据该公式及二项式分布曲线,成功地作出了上述天然和人为上限深度百年变化的预报。公式形式简单、参数易取;最大相对误差为7%;成果表明,把保证率为5%时的年分的上限深度值(即20年一遇的数值)定为人为上限(又称保温层厚度)的最优设计值是合理的;可在风火山地区路基工程设计中采用。它为认识与利用天然和人为上限的变化规律提供了一条途径。
人工冻土基本力学性能研究与应用
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应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
1.技术领域 本项目属于冻土力学及冻结工法技术领域。 2.主要内容及特点 本项目获得了我国冻结法履盖的华东、华中、华北、东北地区40多个井筒不同深度典型土层在不同土质、不同负温条件下的冻土力学参数,建立了人工冻土单轴抗压强度特征、三轴剪切强度准则、长时强度特征、三轴和单轴蠕变变量分离的完整数学模型,形成了我国人工冻土力学理论基本框架,并首次提出了按稳定性(冻结壁和冻结管变形极限为判据)和强度条件设计冻结壁的新思路,建立了把温度和时间变量分离的有限高冻结壁时空设计理论和公式,并将研究成果直接应用于冻结设计和施工中,为解决深冻结并断管问题奠定了理论基础和方法。 3.应用推广情况 本项目研究与冻结凿井工程紧密联系,科研成果分别直接在山东济宁二号井(开挖荒径最大φ11m)、三号井、邱集(单层粘土最厚126.7m)、金桥(表土最深383.1m)、河南冷泉、古汉山、陈四楼(冻结最深435m)、城郊、位村、河北沽源、安徽张集、东北东荣二等矿应用,使冻结壁设计、施工方案和施工工艺的选择更为合理,缩短了冻结凿井工期,为有效防止冻结管断裂奠定了可靠的理论和设计基础。并把冻土力学原理应用到北京和上海地铁解决工程难题,取得了良好社会和经济效益。编制的国内唯一人工冻土试验标准《人工冻土物理力学性能试验》被批准为煤炭行业标准。
基于压力板仪的冻土未冻水含量的测试方法
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技术类型:发明
应用行业:建筑业
技术简介
本发明提供一种基于压力板仪的冻土未冻水含量的测试方法,该方法包括以下步骤:按土工实验标准取多个冻土试样并编号;在压力板仪陶土板表面铺上无气水直至陶土板下方管路无气泡产生饱和为止;将冻土试样放入压力板仪试样区,给冻土试样施加20kPa气压力, 待冻土试样内达到吸力平衡状态后,从量管中读出冻土试样的排水量;再重复步骤依次施加各级气压力得到气压力值与相对应气压力值下未冻水排水量的数据;计算出各级气压力下冻土试样的未冻水含量得出冻土试样的土水特征曲线
高寒高海拔多年冻土高速公路建设技术与应用
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:建筑业
技术简介
该项目研究属交通运输领域。北半球分布3.5万kmsup2/sup多年冻土。青藏高原集中分布高海拔多年冻土,是中国战略支点和“一带一路”中亚、南亚两大通道节点。掌握多年冻土公路建设技术,是打通陆上通道的需要,4300m以上高海拔多年冻土高速公路建设技术更是全球冻土工程技术的制高点。黑色沥青路面吸热效应和宽幅路基尺度效应的叠加致使多年冻土高速公路路基、桩基融沉及隧道洞口融滑风险前所未有,国内外无工程经验借鉴。面对大尺度高速公路多年冻土灾变机理、工程冻融控制两大世界性技术难题,国内13家单位历经近二十年持续攻关,创立基础理论、创新设计方法、研发成套防控技术与施工方法,实现了灾变可防、融沉可控、工程可靠三大目标。取得四方面重要创新:创立公路冻土工程时空尺度效应理论,基于创建的环境模拟试验、野外暴露试验及实体工程验证平台长期研究,首次系统发现从8.5m宽到26.0m宽路基下冻土融沉发生的工程尺度效应、冻土融沉演变的时间尺度效应;建立多年冻土公路热融风险评价体系,解决大尺度路基冻土融沉灾变机理认知理论难题,实现多年冻土公路工程理论原始创新,提出高速公路冻土地基融沉防控设计理论与方法。构建冻土温度、路基高度、路基结构性态的三参量路基底热能量平衡体系,提出冻土上限控制融沉总量、冻土温度控制融沉历程的双控设计方法。突破高温多年冻土持续融沉控制设计瓶颈,保障冻土融沉由国际100cm以上降至20cm以下,填补融沉控制标准空白。研发高速公路冻融防控结构、材料与装备。基于90km冻土高速公路实验工程,创新散热型路基结构平衡黑色路面吸热效应,创新路面单向导热材料减小吸热强度,发明12种路基阻热导冷结构与装备冷却冻土地基;创新大断面隧道冻融防控技术,首次提出桥梁群桩基础回冻增强技术。攻克20.0m以上宽幅高速公路冻融灾变防控技术难题,病害率降至国际同类工程的1/10以下。创建多年冻土高速公路系列施工关键技术。提出冻土路基特殊结构、桩棒一体化冻土桩基、大断面隧道冻土洞口冻融防控系列施工技术,首次编制8大系列高速公路冻土工程国家、行业及地方标准。解决隔热板路基弯沉、块石路基空隙率、桩基回冻、隧道洞口融滑等施工控制难题。实现零的突破,建成全球首条635km多年冻土共玉高速公路,运营三年工程稳定。项目形成或纳入国家、行业及地方标准18部,取得专利91项(发明专利35项)、著作权7项,发表论文280篇(116篇SCI/EI),出版专著10部;获省部特等奖3项、一等奖4项。与港珠澳工程等一并入选交通运输部重大科技成就。指导新建多年冻土高速公路1100km;应用于全国五省区多年冻土公路升级改造3500km,以及中巴公路建设。经济效益41.78亿元。系列成果达国际领先水平。项目实现了中国多年冻土公路工程理论、技术的自主创新与国际超越,引领多年冻土区公路建设进入高速公路新阶段,是国际冻土工程新的里程碑。对促进西部区域稳定与发展、保障国防“生命线”、提高边疆通道应急应战能力、助推国家“一带一路”倡议交通基础设施互联互通具有特别重大意义。
高温多年冻土地区路面结构形式的适应性研究
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应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
项目通过对高温多年冻土地区的环境特点及影响冻融因素的分析研究,建立了保温层路基及基底温度状况预报模型;运用有限元理论分析了冻土温度场的分布规律;通过室内模拟试验及理论分析,结合试验路工程,研究分析了保温材料的隔热及实用效果和影响因素,总结提出保温材料的施工工艺和有效厚度及合理埋设深度,得出适应高温多年冻土地区的路面结构形式。通过对改性沥青的室内和试验路试验研究,证明掺入改性剂能有效改善沥青混合料的性能,具有抵抗温度应力,减少温缩裂缝的良好效果。该研究提出的保温材料和改性沥青在高温多年冻土地区公路建设中的应用,具有良好的推广应用前景,已在国道214线部分路段的设计、施工中得到应用,对提高工程质量起到了较好的指导作用,可在其它类似地区推广应用,研究总体上达到国内领先水平。
天津地区人工冻土物理力学性能试验及应用技术
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技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
本项目是天津市建委2011年度建设系统第一批科学技术发展技术发展计划,项目编号:2011-9。项目通过对天津市市区及滨海新区范围内土层分布调研,选取不同区域钻孔取样,取样基本包含了天津市土层和土质情况,通过室内实验对天津市市区土质的人工冻土的强度特性、变形特性和热物理特性进行研究,通过研究给出不同温度、不同土质、不同含水量、不同含盐量等条件下的单轴抗压强度、变形模量、泊松比、三轴抗剪强度指标、抗折强度、蠕变强度、冻结温度、导热系数、冻胀系数、融沉系数等物理力学及热物理指标,具体研究内容主要体现在以下几个方面: (一)天津市土层分布调研及现场取样: 在天津地铁线规划线路中,根据相应的地勘报告对沿线10m~40m深度处的土体进行土质研究。根据天津地质普查结果,整个市区土层基本上包括:素填土、冲积土、粘土、淤泥质粘土、粉质粘土、粉土、粉砂。以上土层基本遍布天津市市区,只是分布厚度不一样,局部地区出现错层现象和土层遗缺。通过地层分布与地铁规划线图的比较,5号线、6号线基本覆盖了天津个成因土层。 (二)人工冻土强度特性试验研究: 由于天津市区范围内土层分布情况呈现出不同地区分布厚度不同,含水量、盐量不同,现场取样包含不同土质、不同含盐量范围以及含水量范围,根据具体的取土地点土质情况进行人工冻土强度特性试验研究,主要研究内容如下: 基本物理力学指标:现场取原状土样,对原状土样的含水量、容重、含盐量等基本物理指标进行常规的室内试验。 人工冻土单轴抗压强度试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的单轴抗压强度; 人工冻土三轴抗剪强度试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的三轴抗剪强度指标; 人工冻土抗折强度试验:制备不同土质试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的抗折强度; 人工冻土单轴蠕变强度试验:制备不同土质试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的单轴蠕变强度; (三)人工冻土变形特性试验研究: 变形模量及泊松比试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的变形模量和泊松比; 冻胀融沉系数试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的冻胀融沉系数; (四)人工冻土热物理参数试验研究: 导热系数试验:利用导热系数测定仪测定取样地区不同土质的人工冻土的导热系数。 比热试验:对不同冻结温度下冻土的比热进行试验测定。 冻结温度试验:对取样地区土壤的冻结温度进行测试实验,分析了土壤冻结温度随土性的变化规律,通过试验给定不同土质土体的冻结温度。 (五)人工冻土冻结过程中温度场发展规律研究: 采用有限元分析的手段,考虑多场耦合对人工冻结过程中温度场的发展规律进行有限元分析,结合现场检测数据提出合理的计算方法,利用提出的有限元计算方法对人工冻结过程中的温度场发展规律进行研究; (五)人工冻土冻结过程中冻胀融沉特性及联络通道施工过程的有限元分析: 综合考虑水、热、力三场的耦合效应来建立计算模型,对冻胀、融沉引起的地层位移以及地基土的附加应力的数值分析方法进行研究,对人工冻结过程中冻胀融沉变形特性进行研究,通过建立联络通道开挖有限元模型,对联络通道施工过程进行数值模拟,分析施工过程中的应力场和位移场。 (六)人工冻土冻结法设计计算方法的研究: 结合人工冻土相关理论,对城市地下工程中人工冻结法的相关计算方法进行研究,为地方性规范制定提供基础。 本项目首次得出了天津市区不同土层的人工冻土的力学特性指标、变形特性指标和热物理特性指标及其变化规律,成果可直接应用于天津市区地下工程人工冻土工程设计;同时,项目分析研究了人工冻结过程中温度场发展规律,给出了冻土墙设计厚度所需的平均冻结温度及时间;总结出了冻土冻结、融化过程中周边的冻胀融沉规律、开挖过程中冻土的变形规律以及冻土融化时间,研究确定了天津地区人工冻土设计计算方法,可以用于指导天津地区人工冻土工程建设。
深季节冻土区工程冻土综合技术研究
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技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
1、课题来源于背景 “深季节冻土区工程冻土综合技术研究”来源于水利部公益性行业科研专项,合同编号201001027 。 2、技术原理及性能指标 针对深季节冻土区水利工程边坡特别是膨胀土、分散性粘土边坡以及冬季施工的关键技术问题,通过现场观测、模型试验、数值计算与仿真技术,开展了深季节冻土区土质边坡冻害破坏机理及稳定性模拟、分散性粘土与膨胀土边坡改良防护、输配水干渠工程防冻胀、延长深季节冻土区水利工程施工期、新型防冻胀材料等方面的研究,提出了土质(膨胀土、分散土)冻胀治理措施以及延长寒冷地区水利工程施工期的有效方法,为寒冷地区水利工程建设提供了技术支撑。 (1)揭示了深季节冻土区渠道边坡特别是膨胀土、分散土边坡冻融破坏机理; (2)完善了低温环境下混凝土工程的施工和边坡防护工程冰上施工技术,延长了水利工程有效施工期; (3)研制了新型防冻胀复合保温材料; (4)编制了《寒冷地区水工混凝土冬季施工指南》、《深季节冻土区分散性粘土与膨胀土边坡设计与施工技术指南》等施工指导文件。 3、技术的创造性与先进性 针对深季节冻土区水工土质边坡的冻害破坏开展了迄今为止较大规模的科研工作,从规模、研究范围、整体的成果水平,以及研究成果的系统性、试验示范的领域都相对较大,通过多学科的联合攻关和思想创新、理念创新、集成创新取得了较为系统化、规范化的成果。 (1)通过现场观测、模型试验、数值计算与仿真对深季节冻土区水工土质边坡的破坏机理开展了较为深入的研究,系统地揭示了深季节冻土区渠道边坡冻融破坏机理。 (2)针对分散性粘土和膨胀土的冻胀破坏,通过室内试验、大型冻土力学模型试验、数值计算分析,从冻胀机制、力学性能、以及冻害破坏治理技术等方面进行了系统的研究,填补了许多国内外研究的空白,深季节冻土区膨胀土、分散性粘土冻胀问题的研究,取得如此成果在国内是首次。 (3)深季节冻土区开展“延长深季节冻土区水利工程施工期新技术研究”,完善并规范了目前低温环境下混凝土工程的施工技术和边坡防护工程冰上施工技术,解决了长期以来施工作业不规范、技术支撑不完善的问题。 (4)本项目完成的另一个成果就是架通了科研成果向技术推广应用的桥梁,各项应用技术成果都编制了相应的技术导则、指南等等技术标准,为成果的推广应用奠定了基础。 4、技术的成熟程度,适用范围和安全性 该项技术已经成熟,具备在工程中推广应用的条件,该项目成果适用于深季节冻土区的水利工程建设。 5、应用情况及问题 项目研究成果已在黑龙江省重大水利工程尼尔基引扩建等工程中应用。
青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应
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应用行业:建筑业
技术简介
该项目紧紧围绕着青藏铁路工程建设中多年冻土区筑路关键技术问题开展了系统集成研究,在气候变化影响和高温高含冰量多年冻土的复杂工程背景下,提出了冷却路基、降低多年冻土温度的积极保护多年冻土的设计新思想,突破了传统增加热阻的被动保护多年冻土的筑路设计原则,提出了一系列冷却路基的工程措施,为解决高温高含冰量冻土路基稳定性提供了科学途径;同时通过室内模型试验、数值模拟和仿真试验、青藏铁路正线试验段和非正线机理试验段系统研究,建立了一套冷却路基筑路技术的理论和方法,使国内冻土区工程理论研究有了新突破,极大地提升国内冻土工程研究在国际上的地位,在目前国际冻土工程处于领先地位。
多年冻土青藏公路建设和养护技术
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技术类型:-
应用行业:建筑业
技术简介
该项目是青藏公路四期科研成果的系统集成和创新,项目结合青藏公路历次改建整治、运营养护进行了持续的跟踪研究,建立了高原腹地550公里连续多年冻土公路动态监测体系,系统研究了路面、路基、桥梁桩基、维修养护技术、环境、气候与冻土间的相互关系,创造性地提出合理路基高度与保护冻土的路基稳定技术、基于控制路基融沉变形的沥青路面结构,首次在青藏高原多年冻土区成功修筑高等级沥青路面,突破了国际工程界关于多年冻土区不能修筑沥青路面的禁区,实现了自主创新。创立了公路冻土工程理论,揭示了路基变形、多年冻土变化、沥青路面加速冻土退化等规律,实现了原始创新。建立了多年冻土变化与路基变形预测预报体系,提出了特定环境下沥青路面合理使用与改建整治技术,形成包括新标准、新方法、新结构、新材料、新工艺及配套试验研究设备的成套建设养护技术,实现了集成创新。
找到40项技术成果数据。
找技术 >兰州马啣山多年冻土活动层土壤特性对牧草根系寿命的影响
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应用行业:农、林、牧、渔业
技术简介
一、研究背景、目的及其意义 近年来,随着全球变化与生态系统研究的深入开展,植物根系寿命及其与土壤环境的研究也日益受到重视。根系生长和寿命特征成为区域和全球尺度气候、生态模型中的必要参数。但由于根系生长于地下,准确取样、测定和观察等十分困难,至今人们对于植物地下部分结构与功能的研究了解仍十分有限,根系寿命与环境因子的关系不够明确。尤其在土壤环境条件十分特殊的多年冻土区,有关根系生长和寿命的研究还鲜有报道。 马啣山是黄土高原范围内的最高山峰,处于青藏高原、黄土高原和内蒙古高原三大高原交汇处,也是我国高寒区(青藏高原)、干旱区和季风区三大气候分区的交界处,在区域气候、地质地理以及生态环境研究中具有十分突出的地位。马啣山也是黄土高原范围内唯一被证实有多年冻土存在的地区,这一地区的多年冻土被冻土学界称为黄土高原多年冻土的“活化石”。便捷的交通条件和独特的地理与生态环境,使马啣山地区成为兰州周边不可多得的环境科学研究的天然实验室。兰州马啣山多年冻土上覆盖有优良的高山草甸牧场,对活动层土壤特性与牧草根系寿命的关系进行观测和研究,不但可以了解根系寿命和生长发育规律,还可以更好地理解根系在优良牧草群落中的功能及其与多年冻土环境因素的动态作用机制;同时为高山牧草最优管理和各种模型模拟提供准确和必要基础数据。 二、主要论点与论据 活动层季节性冻融对于高寒植物地下根系分布格局有深刻的影响。马啣山多年冻土冻融过程中,冻结为双向冻结,即由活动层表层往下和由活动层底层往上冻结,冻结期持续6个月左右,最大冻结深度达125cm;融化期3月下旬开始,土壤自上而下的融化。融化过程中,土壤表层最先具备适宜根系生长的温度和水分条件,因此马啣山多年冻土区高山草甸植物群落地下根系分布特征与青藏高原其他高寒植物一样,主要分布在表层土壤中,表层土壤根量密度值最高,然后随土层深度的增加根量密度值呈阶梯状减小。土壤冻结过程中,细根大量死亡以应对持续的温度变化。 活动层长期的低温环境增加了根系的干物质总量和高寒植物总的生物产量,马啣山研究区植物群落因此具极高的根茎比。活动层0℃以上积温和融化日数是影响牧草根量密度的主要因子。在植物生长季,根系的生长先于地上部分,地下总根量的变化幅度不如地上部分的变化幅度大,基本维持在一个相对较高的数值。这种根系分布和生长特征和马啣山多年冻土活动层特性关系密切,是植物适应多年冻土反复冻融特征的体现之一。 三、创新之处 研究区在有黄土高原多年冻土“活化石”之称的兰州马啣山多年冻土区,收集大量活动层水热、地下根系和气象等本底数据,定量分析多年冻土活动层水热变化对于牧草根系寿命的影响,为深入研究全球气候背景下多年冻土变化特征提供本底参考,以上是本研究的创新之处。 四、社会经济效益、存在问题 兰州马啣山多年冻土上覆盖有优良的高山草甸牧场,对活动层土壤特性与牧草根系寿命的关系进行观测和研究,不但可以了解根系寿命和生长发育规律,还可以更好地理解根系在优良牧草群落中的功能及其与多年冻土环境因素的动态作用机制;同时可为高山牧草最优管理和各种模型模拟提供准确和必要基础数据。项目组成员在项目执行期间,根据科研工作的需要研发了适用于当地多年冻土环境的调查技术和方法,并申请了发明和实用新型专利,极大地方便了调查工作的开展。这些技术和方法同时可推广应用到其他相似多年冻土区域,提高高寒地区相关科学指标获取的准确性和效率。 由于需要综合对比青藏高原腹地典型多年冻土区与兰州马啣山多年冻土区地下根系及活动层水、热数据发表高质量论文,而青藏高原腹地典型多年冻土区相关数据序列采集工作起步较晚,尚不完整,因此本项目相关研究论文目前还在整理待发表过程中。
确定多年冻土天然上限深度方法及其在路堑工程中的应用
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技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
该成果以青藏公路衔接的多年冻土厚层地下冰地区五道梁八月份气温、以及风火山地区路堑边坡草坡护坡工程的人为上限值和砂粘土的天然上限值(即季节最大融化深度值)的多年实测数据为基础,建立了该地区天然上限、路堑边坡草皮护坡工程人为上限与八月份平均气温之间的统计相关经验公式。并根据该公式及二项式分布曲线,成功地作出了上述天然和人为上限深度百年变化的预报。公式形式简单、参数易取;最大相对误差为7%;成果表明,把保证率为5%时的年分的上限深度值(即20年一遇的数值)定为人为上限(又称保温层厚度)的最优设计值是合理的;可在风火山地区路基工程设计中采用。它为认识与利用天然和人为上限的变化规律提供了一条途径。
人工冻土基本力学性能研究与应用
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技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
1.技术领域 本项目属于冻土力学及冻结工法技术领域。 2.主要内容及特点 本项目获得了我国冻结法履盖的华东、华中、华北、东北地区40多个井筒不同深度典型土层在不同土质、不同负温条件下的冻土力学参数,建立了人工冻土单轴抗压强度特征、三轴剪切强度准则、长时强度特征、三轴和单轴蠕变变量分离的完整数学模型,形成了我国人工冻土力学理论基本框架,并首次提出了按稳定性(冻结壁和冻结管变形极限为判据)和强度条件设计冻结壁的新思路,建立了把温度和时间变量分离的有限高冻结壁时空设计理论和公式,并将研究成果直接应用于冻结设计和施工中,为解决深冻结并断管问题奠定了理论基础和方法。 3.应用推广情况 本项目研究与冻结凿井工程紧密联系,科研成果分别直接在山东济宁二号井(开挖荒径最大φ11m)、三号井、邱集(单层粘土最厚126.7m)、金桥(表土最深383.1m)、河南冷泉、古汉山、陈四楼(冻结最深435m)、城郊、位村、河北沽源、安徽张集、东北东荣二等矿应用,使冻结壁设计、施工方案和施工工艺的选择更为合理,缩短了冻结凿井工期,为有效防止冻结管断裂奠定了可靠的理论和设计基础。并把冻土力学原理应用到北京和上海地铁解决工程难题,取得了良好社会和经济效益。编制的国内唯一人工冻土试验标准《人工冻土物理力学性能试验》被批准为煤炭行业标准。
基于压力板仪的冻土未冻水含量的测试方法
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技术类型:发明
应用行业:建筑业
技术简介
本发明提供一种基于压力板仪的冻土未冻水含量的测试方法,该方法包括以下步骤:按土工实验标准取多个冻土试样并编号;在压力板仪陶土板表面铺上无气水直至陶土板下方管路无气泡产生饱和为止;将冻土试样放入压力板仪试样区,给冻土试样施加20kPa气压力, 待冻土试样内达到吸力平衡状态后,从量管中读出冻土试样的排水量;再重复步骤依次施加各级气压力得到气压力值与相对应气压力值下未冻水排水量的数据;计算出各级气压力下冻土试样的未冻水含量得出冻土试样的土水特征曲线
高寒高海拔多年冻土高速公路建设技术与应用
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技术类型:-
应用行业:建筑业
技术简介
该项目研究属交通运输领域。北半球分布3.5万kmsup2/sup多年冻土。青藏高原集中分布高海拔多年冻土,是中国战略支点和“一带一路”中亚、南亚两大通道节点。掌握多年冻土公路建设技术,是打通陆上通道的需要,4300m以上高海拔多年冻土高速公路建设技术更是全球冻土工程技术的制高点。黑色沥青路面吸热效应和宽幅路基尺度效应的叠加致使多年冻土高速公路路基、桩基融沉及隧道洞口融滑风险前所未有,国内外无工程经验借鉴。面对大尺度高速公路多年冻土灾变机理、工程冻融控制两大世界性技术难题,国内13家单位历经近二十年持续攻关,创立基础理论、创新设计方法、研发成套防控技术与施工方法,实现了灾变可防、融沉可控、工程可靠三大目标。取得四方面重要创新:创立公路冻土工程时空尺度效应理论,基于创建的环境模拟试验、野外暴露试验及实体工程验证平台长期研究,首次系统发现从8.5m宽到26.0m宽路基下冻土融沉发生的工程尺度效应、冻土融沉演变的时间尺度效应;建立多年冻土公路热融风险评价体系,解决大尺度路基冻土融沉灾变机理认知理论难题,实现多年冻土公路工程理论原始创新,提出高速公路冻土地基融沉防控设计理论与方法。构建冻土温度、路基高度、路基结构性态的三参量路基底热能量平衡体系,提出冻土上限控制融沉总量、冻土温度控制融沉历程的双控设计方法。突破高温多年冻土持续融沉控制设计瓶颈,保障冻土融沉由国际100cm以上降至20cm以下,填补融沉控制标准空白。研发高速公路冻融防控结构、材料与装备。基于90km冻土高速公路实验工程,创新散热型路基结构平衡黑色路面吸热效应,创新路面单向导热材料减小吸热强度,发明12种路基阻热导冷结构与装备冷却冻土地基;创新大断面隧道冻融防控技术,首次提出桥梁群桩基础回冻增强技术。攻克20.0m以上宽幅高速公路冻融灾变防控技术难题,病害率降至国际同类工程的1/10以下。创建多年冻土高速公路系列施工关键技术。提出冻土路基特殊结构、桩棒一体化冻土桩基、大断面隧道冻土洞口冻融防控系列施工技术,首次编制8大系列高速公路冻土工程国家、行业及地方标准。解决隔热板路基弯沉、块石路基空隙率、桩基回冻、隧道洞口融滑等施工控制难题。实现零的突破,建成全球首条635km多年冻土共玉高速公路,运营三年工程稳定。项目形成或纳入国家、行业及地方标准18部,取得专利91项(发明专利35项)、著作权7项,发表论文280篇(116篇SCI/EI),出版专著10部;获省部特等奖3项、一等奖4项。与港珠澳工程等一并入选交通运输部重大科技成就。指导新建多年冻土高速公路1100km;应用于全国五省区多年冻土公路升级改造3500km,以及中巴公路建设。经济效益41.78亿元。系列成果达国际领先水平。项目实现了中国多年冻土公路工程理论、技术的自主创新与国际超越,引领多年冻土区公路建设进入高速公路新阶段,是国际冻土工程新的里程碑。对促进西部区域稳定与发展、保障国防“生命线”、提高边疆通道应急应战能力、助推国家“一带一路”倡议交通基础设施互联互通具有特别重大意义。
高温多年冻土地区路面结构形式的适应性研究
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应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
项目通过对高温多年冻土地区的环境特点及影响冻融因素的分析研究,建立了保温层路基及基底温度状况预报模型;运用有限元理论分析了冻土温度场的分布规律;通过室内模拟试验及理论分析,结合试验路工程,研究分析了保温材料的隔热及实用效果和影响因素,总结提出保温材料的施工工艺和有效厚度及合理埋设深度,得出适应高温多年冻土地区的路面结构形式。通过对改性沥青的室内和试验路试验研究,证明掺入改性剂能有效改善沥青混合料的性能,具有抵抗温度应力,减少温缩裂缝的良好效果。该研究提出的保温材料和改性沥青在高温多年冻土地区公路建设中的应用,具有良好的推广应用前景,已在国道214线部分路段的设计、施工中得到应用,对提高工程质量起到了较好的指导作用,可在其它类似地区推广应用,研究总体上达到国内领先水平。
天津地区人工冻土物理力学性能试验及应用技术
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应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
本项目是天津市建委2011年度建设系统第一批科学技术发展技术发展计划,项目编号:2011-9。项目通过对天津市市区及滨海新区范围内土层分布调研,选取不同区域钻孔取样,取样基本包含了天津市土层和土质情况,通过室内实验对天津市市区土质的人工冻土的强度特性、变形特性和热物理特性进行研究,通过研究给出不同温度、不同土质、不同含水量、不同含盐量等条件下的单轴抗压强度、变形模量、泊松比、三轴抗剪强度指标、抗折强度、蠕变强度、冻结温度、导热系数、冻胀系数、融沉系数等物理力学及热物理指标,具体研究内容主要体现在以下几个方面: (一)天津市土层分布调研及现场取样: 在天津地铁线规划线路中,根据相应的地勘报告对沿线10m~40m深度处的土体进行土质研究。根据天津地质普查结果,整个市区土层基本上包括:素填土、冲积土、粘土、淤泥质粘土、粉质粘土、粉土、粉砂。以上土层基本遍布天津市市区,只是分布厚度不一样,局部地区出现错层现象和土层遗缺。通过地层分布与地铁规划线图的比较,5号线、6号线基本覆盖了天津个成因土层。 (二)人工冻土强度特性试验研究: 由于天津市区范围内土层分布情况呈现出不同地区分布厚度不同,含水量、盐量不同,现场取样包含不同土质、不同含盐量范围以及含水量范围,根据具体的取土地点土质情况进行人工冻土强度特性试验研究,主要研究内容如下: 基本物理力学指标:现场取原状土样,对原状土样的含水量、容重、含盐量等基本物理指标进行常规的室内试验。 人工冻土单轴抗压强度试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的单轴抗压强度; 人工冻土三轴抗剪强度试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的三轴抗剪强度指标; 人工冻土抗折强度试验:制备不同土质试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的抗折强度; 人工冻土单轴蠕变强度试验:制备不同土质试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的单轴蠕变强度; (三)人工冻土变形特性试验研究: 变形模量及泊松比试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的变形模量和泊松比; 冻胀融沉系数试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的冻胀融沉系数; (四)人工冻土热物理参数试验研究: 导热系数试验:利用导热系数测定仪测定取样地区不同土质的人工冻土的导热系数。 比热试验:对不同冻结温度下冻土的比热进行试验测定。 冻结温度试验:对取样地区土壤的冻结温度进行测试实验,分析了土壤冻结温度随土性的变化规律,通过试验给定不同土质土体的冻结温度。 (五)人工冻土冻结过程中温度场发展规律研究: 采用有限元分析的手段,考虑多场耦合对人工冻结过程中温度场的发展规律进行有限元分析,结合现场检测数据提出合理的计算方法,利用提出的有限元计算方法对人工冻结过程中的温度场发展规律进行研究; (五)人工冻土冻结过程中冻胀融沉特性及联络通道施工过程的有限元分析: 综合考虑水、热、力三场的耦合效应来建立计算模型,对冻胀、融沉引起的地层位移以及地基土的附加应力的数值分析方法进行研究,对人工冻结过程中冻胀融沉变形特性进行研究,通过建立联络通道开挖有限元模型,对联络通道施工过程进行数值模拟,分析施工过程中的应力场和位移场。 (六)人工冻土冻结法设计计算方法的研究: 结合人工冻土相关理论,对城市地下工程中人工冻结法的相关计算方法进行研究,为地方性规范制定提供基础。 本项目首次得出了天津市区不同土层的人工冻土的力学特性指标、变形特性指标和热物理特性指标及其变化规律,成果可直接应用于天津市区地下工程人工冻土工程设计;同时,项目分析研究了人工冻结过程中温度场发展规律,给出了冻土墙设计厚度所需的平均冻结温度及时间;总结出了冻土冻结、融化过程中周边的冻胀融沉规律、开挖过程中冻土的变形规律以及冻土融化时间,研究确定了天津地区人工冻土设计计算方法,可以用于指导天津地区人工冻土工程建设。
深季节冻土区工程冻土综合技术研究
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应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
1、课题来源于背景 “深季节冻土区工程冻土综合技术研究”来源于水利部公益性行业科研专项,合同编号201001027 。 2、技术原理及性能指标 针对深季节冻土区水利工程边坡特别是膨胀土、分散性粘土边坡以及冬季施工的关键技术问题,通过现场观测、模型试验、数值计算与仿真技术,开展了深季节冻土区土质边坡冻害破坏机理及稳定性模拟、分散性粘土与膨胀土边坡改良防护、输配水干渠工程防冻胀、延长深季节冻土区水利工程施工期、新型防冻胀材料等方面的研究,提出了土质(膨胀土、分散土)冻胀治理措施以及延长寒冷地区水利工程施工期的有效方法,为寒冷地区水利工程建设提供了技术支撑。 (1)揭示了深季节冻土区渠道边坡特别是膨胀土、分散土边坡冻融破坏机理; (2)完善了低温环境下混凝土工程的施工和边坡防护工程冰上施工技术,延长了水利工程有效施工期; (3)研制了新型防冻胀复合保温材料; (4)编制了《寒冷地区水工混凝土冬季施工指南》、《深季节冻土区分散性粘土与膨胀土边坡设计与施工技术指南》等施工指导文件。 3、技术的创造性与先进性 针对深季节冻土区水工土质边坡的冻害破坏开展了迄今为止较大规模的科研工作,从规模、研究范围、整体的成果水平,以及研究成果的系统性、试验示范的领域都相对较大,通过多学科的联合攻关和思想创新、理念创新、集成创新取得了较为系统化、规范化的成果。 (1)通过现场观测、模型试验、数值计算与仿真对深季节冻土区水工土质边坡的破坏机理开展了较为深入的研究,系统地揭示了深季节冻土区渠道边坡冻融破坏机理。 (2)针对分散性粘土和膨胀土的冻胀破坏,通过室内试验、大型冻土力学模型试验、数值计算分析,从冻胀机制、力学性能、以及冻害破坏治理技术等方面进行了系统的研究,填补了许多国内外研究的空白,深季节冻土区膨胀土、分散性粘土冻胀问题的研究,取得如此成果在国内是首次。 (3)深季节冻土区开展“延长深季节冻土区水利工程施工期新技术研究”,完善并规范了目前低温环境下混凝土工程的施工技术和边坡防护工程冰上施工技术,解决了长期以来施工作业不规范、技术支撑不完善的问题。 (4)本项目完成的另一个成果就是架通了科研成果向技术推广应用的桥梁,各项应用技术成果都编制了相应的技术导则、指南等等技术标准,为成果的推广应用奠定了基础。 4、技术的成熟程度,适用范围和安全性 该项技术已经成熟,具备在工程中推广应用的条件,该项目成果适用于深季节冻土区的水利工程建设。 5、应用情况及问题 项目研究成果已在黑龙江省重大水利工程尼尔基引扩建等工程中应用。
青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应
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应用行业:建筑业
技术简介
该项目紧紧围绕着青藏铁路工程建设中多年冻土区筑路关键技术问题开展了系统集成研究,在气候变化影响和高温高含冰量多年冻土的复杂工程背景下,提出了冷却路基、降低多年冻土温度的积极保护多年冻土的设计新思想,突破了传统增加热阻的被动保护多年冻土的筑路设计原则,提出了一系列冷却路基的工程措施,为解决高温高含冰量冻土路基稳定性提供了科学途径;同时通过室内模型试验、数值模拟和仿真试验、青藏铁路正线试验段和非正线机理试验段系统研究,建立了一套冷却路基筑路技术的理论和方法,使国内冻土区工程理论研究有了新突破,极大地提升国内冻土工程研究在国际上的地位,在目前国际冻土工程处于领先地位。
多年冻土青藏公路建设和养护技术
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:建筑业
技术简介
该项目是青藏公路四期科研成果的系统集成和创新,项目结合青藏公路历次改建整治、运营养护进行了持续的跟踪研究,建立了高原腹地550公里连续多年冻土公路动态监测体系,系统研究了路面、路基、桥梁桩基、维修养护技术、环境、气候与冻土间的相互关系,创造性地提出合理路基高度与保护冻土的路基稳定技术、基于控制路基融沉变形的沥青路面结构,首次在青藏高原多年冻土区成功修筑高等级沥青路面,突破了国际工程界关于多年冻土区不能修筑沥青路面的禁区,实现了自主创新。创立了公路冻土工程理论,揭示了路基变形、多年冻土变化、沥青路面加速冻土退化等规律,实现了原始创新。建立了多年冻土变化与路基变形预测预报体系,提出了特定环境下沥青路面合理使用与改建整治技术,形成包括新标准、新方法、新结构、新材料、新工艺及配套试验研究设备的成套建设养护技术,实现了集成创新。
找到40项技术成果数据。
找技术 >兰州马啣山多年冻土活动层土壤特性对牧草根系寿命的影响
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:农、林、牧、渔业
技术简介
一、研究背景、目的及其意义 近年来,随着全球变化与生态系统研究的深入开展,植物根系寿命及其与土壤环境的研究也日益受到重视。根系生长和寿命特征成为区域和全球尺度气候、生态模型中的必要参数。但由于根系生长于地下,准确取样、测定和观察等十分困难,至今人们对于植物地下部分结构与功能的研究了解仍十分有限,根系寿命与环境因子的关系不够明确。尤其在土壤环境条件十分特殊的多年冻土区,有关根系生长和寿命的研究还鲜有报道。 马啣山是黄土高原范围内的最高山峰,处于青藏高原、黄土高原和内蒙古高原三大高原交汇处,也是我国高寒区(青藏高原)、干旱区和季风区三大气候分区的交界处,在区域气候、地质地理以及生态环境研究中具有十分突出的地位。马啣山也是黄土高原范围内唯一被证实有多年冻土存在的地区,这一地区的多年冻土被冻土学界称为黄土高原多年冻土的“活化石”。便捷的交通条件和独特的地理与生态环境,使马啣山地区成为兰州周边不可多得的环境科学研究的天然实验室。兰州马啣山多年冻土上覆盖有优良的高山草甸牧场,对活动层土壤特性与牧草根系寿命的关系进行观测和研究,不但可以了解根系寿命和生长发育规律,还可以更好地理解根系在优良牧草群落中的功能及其与多年冻土环境因素的动态作用机制;同时为高山牧草最优管理和各种模型模拟提供准确和必要基础数据。 二、主要论点与论据 活动层季节性冻融对于高寒植物地下根系分布格局有深刻的影响。马啣山多年冻土冻融过程中,冻结为双向冻结,即由活动层表层往下和由活动层底层往上冻结,冻结期持续6个月左右,最大冻结深度达125cm;融化期3月下旬开始,土壤自上而下的融化。融化过程中,土壤表层最先具备适宜根系生长的温度和水分条件,因此马啣山多年冻土区高山草甸植物群落地下根系分布特征与青藏高原其他高寒植物一样,主要分布在表层土壤中,表层土壤根量密度值最高,然后随土层深度的增加根量密度值呈阶梯状减小。土壤冻结过程中,细根大量死亡以应对持续的温度变化。 活动层长期的低温环境增加了根系的干物质总量和高寒植物总的生物产量,马啣山研究区植物群落因此具极高的根茎比。活动层0℃以上积温和融化日数是影响牧草根量密度的主要因子。在植物生长季,根系的生长先于地上部分,地下总根量的变化幅度不如地上部分的变化幅度大,基本维持在一个相对较高的数值。这种根系分布和生长特征和马啣山多年冻土活动层特性关系密切,是植物适应多年冻土反复冻融特征的体现之一。 三、创新之处 研究区在有黄土高原多年冻土“活化石”之称的兰州马啣山多年冻土区,收集大量活动层水热、地下根系和气象等本底数据,定量分析多年冻土活动层水热变化对于牧草根系寿命的影响,为深入研究全球气候背景下多年冻土变化特征提供本底参考,以上是本研究的创新之处。 四、社会经济效益、存在问题 兰州马啣山多年冻土上覆盖有优良的高山草甸牧场,对活动层土壤特性与牧草根系寿命的关系进行观测和研究,不但可以了解根系寿命和生长发育规律,还可以更好地理解根系在优良牧草群落中的功能及其与多年冻土环境因素的动态作用机制;同时可为高山牧草最优管理和各种模型模拟提供准确和必要基础数据。项目组成员在项目执行期间,根据科研工作的需要研发了适用于当地多年冻土环境的调查技术和方法,并申请了发明和实用新型专利,极大地方便了调查工作的开展。这些技术和方法同时可推广应用到其他相似多年冻土区域,提高高寒地区相关科学指标获取的准确性和效率。 由于需要综合对比青藏高原腹地典型多年冻土区与兰州马啣山多年冻土区地下根系及活动层水、热数据发表高质量论文,而青藏高原腹地典型多年冻土区相关数据序列采集工作起步较晚,尚不完整,因此本项目相关研究论文目前还在整理待发表过程中。
确定多年冻土天然上限深度方法及其在路堑工程中的应用
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
该成果以青藏公路衔接的多年冻土厚层地下冰地区五道梁八月份气温、以及风火山地区路堑边坡草坡护坡工程的人为上限值和砂粘土的天然上限值(即季节最大融化深度值)的多年实测数据为基础,建立了该地区天然上限、路堑边坡草皮护坡工程人为上限与八月份平均气温之间的统计相关经验公式。并根据该公式及二项式分布曲线,成功地作出了上述天然和人为上限深度百年变化的预报。公式形式简单、参数易取;最大相对误差为7%;成果表明,把保证率为5%时的年分的上限深度值(即20年一遇的数值)定为人为上限(又称保温层厚度)的最优设计值是合理的;可在风火山地区路基工程设计中采用。它为认识与利用天然和人为上限的变化规律提供了一条途径。
人工冻土基本力学性能研究与应用
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
1.技术领域 本项目属于冻土力学及冻结工法技术领域。 2.主要内容及特点 本项目获得了我国冻结法履盖的华东、华中、华北、东北地区40多个井筒不同深度典型土层在不同土质、不同负温条件下的冻土力学参数,建立了人工冻土单轴抗压强度特征、三轴剪切强度准则、长时强度特征、三轴和单轴蠕变变量分离的完整数学模型,形成了我国人工冻土力学理论基本框架,并首次提出了按稳定性(冻结壁和冻结管变形极限为判据)和强度条件设计冻结壁的新思路,建立了把温度和时间变量分离的有限高冻结壁时空设计理论和公式,并将研究成果直接应用于冻结设计和施工中,为解决深冻结并断管问题奠定了理论基础和方法。 3.应用推广情况 本项目研究与冻结凿井工程紧密联系,科研成果分别直接在山东济宁二号井(开挖荒径最大φ11m)、三号井、邱集(单层粘土最厚126.7m)、金桥(表土最深383.1m)、河南冷泉、古汉山、陈四楼(冻结最深435m)、城郊、位村、河北沽源、安徽张集、东北东荣二等矿应用,使冻结壁设计、施工方案和施工工艺的选择更为合理,缩短了冻结凿井工期,为有效防止冻结管断裂奠定了可靠的理论和设计基础。并把冻土力学原理应用到北京和上海地铁解决工程难题,取得了良好社会和经济效益。编制的国内唯一人工冻土试验标准《人工冻土物理力学性能试验》被批准为煤炭行业标准。
基于压力板仪的冻土未冻水含量的测试方法
成熟度:-
技术类型:发明
应用行业:建筑业
技术简介
本发明提供一种基于压力板仪的冻土未冻水含量的测试方法,该方法包括以下步骤:按土工实验标准取多个冻土试样并编号;在压力板仪陶土板表面铺上无气水直至陶土板下方管路无气泡产生饱和为止;将冻土试样放入压力板仪试样区,给冻土试样施加20kPa气压力, 待冻土试样内达到吸力平衡状态后,从量管中读出冻土试样的排水量;再重复步骤依次施加各级气压力得到气压力值与相对应气压力值下未冻水排水量的数据;计算出各级气压力下冻土试样的未冻水含量得出冻土试样的土水特征曲线
高寒高海拔多年冻土高速公路建设技术与应用
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:建筑业
技术简介
该项目研究属交通运输领域。北半球分布3.5万kmsup2/sup多年冻土。青藏高原集中分布高海拔多年冻土,是中国战略支点和“一带一路”中亚、南亚两大通道节点。掌握多年冻土公路建设技术,是打通陆上通道的需要,4300m以上高海拔多年冻土高速公路建设技术更是全球冻土工程技术的制高点。黑色沥青路面吸热效应和宽幅路基尺度效应的叠加致使多年冻土高速公路路基、桩基融沉及隧道洞口融滑风险前所未有,国内外无工程经验借鉴。面对大尺度高速公路多年冻土灾变机理、工程冻融控制两大世界性技术难题,国内13家单位历经近二十年持续攻关,创立基础理论、创新设计方法、研发成套防控技术与施工方法,实现了灾变可防、融沉可控、工程可靠三大目标。取得四方面重要创新:创立公路冻土工程时空尺度效应理论,基于创建的环境模拟试验、野外暴露试验及实体工程验证平台长期研究,首次系统发现从8.5m宽到26.0m宽路基下冻土融沉发生的工程尺度效应、冻土融沉演变的时间尺度效应;建立多年冻土公路热融风险评价体系,解决大尺度路基冻土融沉灾变机理认知理论难题,实现多年冻土公路工程理论原始创新,提出高速公路冻土地基融沉防控设计理论与方法。构建冻土温度、路基高度、路基结构性态的三参量路基底热能量平衡体系,提出冻土上限控制融沉总量、冻土温度控制融沉历程的双控设计方法。突破高温多年冻土持续融沉控制设计瓶颈,保障冻土融沉由国际100cm以上降至20cm以下,填补融沉控制标准空白。研发高速公路冻融防控结构、材料与装备。基于90km冻土高速公路实验工程,创新散热型路基结构平衡黑色路面吸热效应,创新路面单向导热材料减小吸热强度,发明12种路基阻热导冷结构与装备冷却冻土地基;创新大断面隧道冻融防控技术,首次提出桥梁群桩基础回冻增强技术。攻克20.0m以上宽幅高速公路冻融灾变防控技术难题,病害率降至国际同类工程的1/10以下。创建多年冻土高速公路系列施工关键技术。提出冻土路基特殊结构、桩棒一体化冻土桩基、大断面隧道冻土洞口冻融防控系列施工技术,首次编制8大系列高速公路冻土工程国家、行业及地方标准。解决隔热板路基弯沉、块石路基空隙率、桩基回冻、隧道洞口融滑等施工控制难题。实现零的突破,建成全球首条635km多年冻土共玉高速公路,运营三年工程稳定。项目形成或纳入国家、行业及地方标准18部,取得专利91项(发明专利35项)、著作权7项,发表论文280篇(116篇SCI/EI),出版专著10部;获省部特等奖3项、一等奖4项。与港珠澳工程等一并入选交通运输部重大科技成就。指导新建多年冻土高速公路1100km;应用于全国五省区多年冻土公路升级改造3500km,以及中巴公路建设。经济效益41.78亿元。系列成果达国际领先水平。项目实现了中国多年冻土公路工程理论、技术的自主创新与国际超越,引领多年冻土区公路建设进入高速公路新阶段,是国际冻土工程新的里程碑。对促进西部区域稳定与发展、保障国防“生命线”、提高边疆通道应急应战能力、助推国家“一带一路”倡议交通基础设施互联互通具有特别重大意义。
高温多年冻土地区路面结构形式的适应性研究
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
项目通过对高温多年冻土地区的环境特点及影响冻融因素的分析研究,建立了保温层路基及基底温度状况预报模型;运用有限元理论分析了冻土温度场的分布规律;通过室内模拟试验及理论分析,结合试验路工程,研究分析了保温材料的隔热及实用效果和影响因素,总结提出保温材料的施工工艺和有效厚度及合理埋设深度,得出适应高温多年冻土地区的路面结构形式。通过对改性沥青的室内和试验路试验研究,证明掺入改性剂能有效改善沥青混合料的性能,具有抵抗温度应力,减少温缩裂缝的良好效果。该研究提出的保温材料和改性沥青在高温多年冻土地区公路建设中的应用,具有良好的推广应用前景,已在国道214线部分路段的设计、施工中得到应用,对提高工程质量起到了较好的指导作用,可在其它类似地区推广应用,研究总体上达到国内领先水平。
天津地区人工冻土物理力学性能试验及应用技术
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
本项目是天津市建委2011年度建设系统第一批科学技术发展技术发展计划,项目编号:2011-9。项目通过对天津市市区及滨海新区范围内土层分布调研,选取不同区域钻孔取样,取样基本包含了天津市土层和土质情况,通过室内实验对天津市市区土质的人工冻土的强度特性、变形特性和热物理特性进行研究,通过研究给出不同温度、不同土质、不同含水量、不同含盐量等条件下的单轴抗压强度、变形模量、泊松比、三轴抗剪强度指标、抗折强度、蠕变强度、冻结温度、导热系数、冻胀系数、融沉系数等物理力学及热物理指标,具体研究内容主要体现在以下几个方面: (一)天津市土层分布调研及现场取样: 在天津地铁线规划线路中,根据相应的地勘报告对沿线10m~40m深度处的土体进行土质研究。根据天津地质普查结果,整个市区土层基本上包括:素填土、冲积土、粘土、淤泥质粘土、粉质粘土、粉土、粉砂。以上土层基本遍布天津市市区,只是分布厚度不一样,局部地区出现错层现象和土层遗缺。通过地层分布与地铁规划线图的比较,5号线、6号线基本覆盖了天津个成因土层。 (二)人工冻土强度特性试验研究: 由于天津市区范围内土层分布情况呈现出不同地区分布厚度不同,含水量、盐量不同,现场取样包含不同土质、不同含盐量范围以及含水量范围,根据具体的取土地点土质情况进行人工冻土强度特性试验研究,主要研究内容如下: 基本物理力学指标:现场取原状土样,对原状土样的含水量、容重、含盐量等基本物理指标进行常规的室内试验。 人工冻土单轴抗压强度试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的单轴抗压强度; 人工冻土三轴抗剪强度试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的三轴抗剪强度指标; 人工冻土抗折强度试验:制备不同土质试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的抗折强度; 人工冻土单轴蠕变强度试验:制备不同土质试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的单轴蠕变强度; (三)人工冻土变形特性试验研究: 变形模量及泊松比试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的变形模量和泊松比; 冻胀融沉系数试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的冻胀融沉系数; (四)人工冻土热物理参数试验研究: 导热系数试验:利用导热系数测定仪测定取样地区不同土质的人工冻土的导热系数。 比热试验:对不同冻结温度下冻土的比热进行试验测定。 冻结温度试验:对取样地区土壤的冻结温度进行测试实验,分析了土壤冻结温度随土性的变化规律,通过试验给定不同土质土体的冻结温度。 (五)人工冻土冻结过程中温度场发展规律研究: 采用有限元分析的手段,考虑多场耦合对人工冻结过程中温度场的发展规律进行有限元分析,结合现场检测数据提出合理的计算方法,利用提出的有限元计算方法对人工冻结过程中的温度场发展规律进行研究; (五)人工冻土冻结过程中冻胀融沉特性及联络通道施工过程的有限元分析: 综合考虑水、热、力三场的耦合效应来建立计算模型,对冻胀、融沉引起的地层位移以及地基土的附加应力的数值分析方法进行研究,对人工冻结过程中冻胀融沉变形特性进行研究,通过建立联络通道开挖有限元模型,对联络通道施工过程进行数值模拟,分析施工过程中的应力场和位移场。 (六)人工冻土冻结法设计计算方法的研究: 结合人工冻土相关理论,对城市地下工程中人工冻结法的相关计算方法进行研究,为地方性规范制定提供基础。 本项目首次得出了天津市区不同土层的人工冻土的力学特性指标、变形特性指标和热物理特性指标及其变化规律,成果可直接应用于天津市区地下工程人工冻土工程设计;同时,项目分析研究了人工冻结过程中温度场发展规律,给出了冻土墙设计厚度所需的平均冻结温度及时间;总结出了冻土冻结、融化过程中周边的冻胀融沉规律、开挖过程中冻土的变形规律以及冻土融化时间,研究确定了天津地区人工冻土设计计算方法,可以用于指导天津地区人工冻土工程建设。
深季节冻土区工程冻土综合技术研究
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
1、课题来源于背景 “深季节冻土区工程冻土综合技术研究”来源于水利部公益性行业科研专项,合同编号201001027 。 2、技术原理及性能指标 针对深季节冻土区水利工程边坡特别是膨胀土、分散性粘土边坡以及冬季施工的关键技术问题,通过现场观测、模型试验、数值计算与仿真技术,开展了深季节冻土区土质边坡冻害破坏机理及稳定性模拟、分散性粘土与膨胀土边坡改良防护、输配水干渠工程防冻胀、延长深季节冻土区水利工程施工期、新型防冻胀材料等方面的研究,提出了土质(膨胀土、分散土)冻胀治理措施以及延长寒冷地区水利工程施工期的有效方法,为寒冷地区水利工程建设提供了技术支撑。 (1)揭示了深季节冻土区渠道边坡特别是膨胀土、分散土边坡冻融破坏机理; (2)完善了低温环境下混凝土工程的施工和边坡防护工程冰上施工技术,延长了水利工程有效施工期; (3)研制了新型防冻胀复合保温材料; (4)编制了《寒冷地区水工混凝土冬季施工指南》、《深季节冻土区分散性粘土与膨胀土边坡设计与施工技术指南》等施工指导文件。 3、技术的创造性与先进性 针对深季节冻土区水工土质边坡的冻害破坏开展了迄今为止较大规模的科研工作,从规模、研究范围、整体的成果水平,以及研究成果的系统性、试验示范的领域都相对较大,通过多学科的联合攻关和思想创新、理念创新、集成创新取得了较为系统化、规范化的成果。 (1)通过现场观测、模型试验、数值计算与仿真对深季节冻土区水工土质边坡的破坏机理开展了较为深入的研究,系统地揭示了深季节冻土区渠道边坡冻融破坏机理。 (2)针对分散性粘土和膨胀土的冻胀破坏,通过室内试验、大型冻土力学模型试验、数值计算分析,从冻胀机制、力学性能、以及冻害破坏治理技术等方面进行了系统的研究,填补了许多国内外研究的空白,深季节冻土区膨胀土、分散性粘土冻胀问题的研究,取得如此成果在国内是首次。 (3)深季节冻土区开展“延长深季节冻土区水利工程施工期新技术研究”,完善并规范了目前低温环境下混凝土工程的施工技术和边坡防护工程冰上施工技术,解决了长期以来施工作业不规范、技术支撑不完善的问题。 (4)本项目完成的另一个成果就是架通了科研成果向技术推广应用的桥梁,各项应用技术成果都编制了相应的技术导则、指南等等技术标准,为成果的推广应用奠定了基础。 4、技术的成熟程度,适用范围和安全性 该项技术已经成熟,具备在工程中推广应用的条件,该项目成果适用于深季节冻土区的水利工程建设。 5、应用情况及问题 项目研究成果已在黑龙江省重大水利工程尼尔基引扩建等工程中应用。
青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应
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技术类型:-
应用行业:建筑业
技术简介
该项目紧紧围绕着青藏铁路工程建设中多年冻土区筑路关键技术问题开展了系统集成研究,在气候变化影响和高温高含冰量多年冻土的复杂工程背景下,提出了冷却路基、降低多年冻土温度的积极保护多年冻土的设计新思想,突破了传统增加热阻的被动保护多年冻土的筑路设计原则,提出了一系列冷却路基的工程措施,为解决高温高含冰量冻土路基稳定性提供了科学途径;同时通过室内模型试验、数值模拟和仿真试验、青藏铁路正线试验段和非正线机理试验段系统研究,建立了一套冷却路基筑路技术的理论和方法,使国内冻土区工程理论研究有了新突破,极大地提升国内冻土工程研究在国际上的地位,在目前国际冻土工程处于领先地位。
多年冻土青藏公路建设和养护技术
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:建筑业
技术简介
该项目是青藏公路四期科研成果的系统集成和创新,项目结合青藏公路历次改建整治、运营养护进行了持续的跟踪研究,建立了高原腹地550公里连续多年冻土公路动态监测体系,系统研究了路面、路基、桥梁桩基、维修养护技术、环境、气候与冻土间的相互关系,创造性地提出合理路基高度与保护冻土的路基稳定技术、基于控制路基融沉变形的沥青路面结构,首次在青藏高原多年冻土区成功修筑高等级沥青路面,突破了国际工程界关于多年冻土区不能修筑沥青路面的禁区,实现了自主创新。创立了公路冻土工程理论,揭示了路基变形、多年冻土变化、沥青路面加速冻土退化等规律,实现了原始创新。建立了多年冻土变化与路基变形预测预报体系,提出了特定环境下沥青路面合理使用与改建整治技术,形成包括新标准、新方法、新结构、新材料、新工艺及配套试验研究设备的成套建设养护技术,实现了集成创新。
找到40项技术成果数据。
找技术 >兰州马啣山多年冻土活动层土壤特性对牧草根系寿命的影响
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:农、林、牧、渔业
技术简介
一、研究背景、目的及其意义 近年来,随着全球变化与生态系统研究的深入开展,植物根系寿命及其与土壤环境的研究也日益受到重视。根系生长和寿命特征成为区域和全球尺度气候、生态模型中的必要参数。但由于根系生长于地下,准确取样、测定和观察等十分困难,至今人们对于植物地下部分结构与功能的研究了解仍十分有限,根系寿命与环境因子的关系不够明确。尤其在土壤环境条件十分特殊的多年冻土区,有关根系生长和寿命的研究还鲜有报道。 马啣山是黄土高原范围内的最高山峰,处于青藏高原、黄土高原和内蒙古高原三大高原交汇处,也是我国高寒区(青藏高原)、干旱区和季风区三大气候分区的交界处,在区域气候、地质地理以及生态环境研究中具有十分突出的地位。马啣山也是黄土高原范围内唯一被证实有多年冻土存在的地区,这一地区的多年冻土被冻土学界称为黄土高原多年冻土的“活化石”。便捷的交通条件和独特的地理与生态环境,使马啣山地区成为兰州周边不可多得的环境科学研究的天然实验室。兰州马啣山多年冻土上覆盖有优良的高山草甸牧场,对活动层土壤特性与牧草根系寿命的关系进行观测和研究,不但可以了解根系寿命和生长发育规律,还可以更好地理解根系在优良牧草群落中的功能及其与多年冻土环境因素的动态作用机制;同时为高山牧草最优管理和各种模型模拟提供准确和必要基础数据。 二、主要论点与论据 活动层季节性冻融对于高寒植物地下根系分布格局有深刻的影响。马啣山多年冻土冻融过程中,冻结为双向冻结,即由活动层表层往下和由活动层底层往上冻结,冻结期持续6个月左右,最大冻结深度达125cm;融化期3月下旬开始,土壤自上而下的融化。融化过程中,土壤表层最先具备适宜根系生长的温度和水分条件,因此马啣山多年冻土区高山草甸植物群落地下根系分布特征与青藏高原其他高寒植物一样,主要分布在表层土壤中,表层土壤根量密度值最高,然后随土层深度的增加根量密度值呈阶梯状减小。土壤冻结过程中,细根大量死亡以应对持续的温度变化。 活动层长期的低温环境增加了根系的干物质总量和高寒植物总的生物产量,马啣山研究区植物群落因此具极高的根茎比。活动层0℃以上积温和融化日数是影响牧草根量密度的主要因子。在植物生长季,根系的生长先于地上部分,地下总根量的变化幅度不如地上部分的变化幅度大,基本维持在一个相对较高的数值。这种根系分布和生长特征和马啣山多年冻土活动层特性关系密切,是植物适应多年冻土反复冻融特征的体现之一。 三、创新之处 研究区在有黄土高原多年冻土“活化石”之称的兰州马啣山多年冻土区,收集大量活动层水热、地下根系和气象等本底数据,定量分析多年冻土活动层水热变化对于牧草根系寿命的影响,为深入研究全球气候背景下多年冻土变化特征提供本底参考,以上是本研究的创新之处。 四、社会经济效益、存在问题 兰州马啣山多年冻土上覆盖有优良的高山草甸牧场,对活动层土壤特性与牧草根系寿命的关系进行观测和研究,不但可以了解根系寿命和生长发育规律,还可以更好地理解根系在优良牧草群落中的功能及其与多年冻土环境因素的动态作用机制;同时可为高山牧草最优管理和各种模型模拟提供准确和必要基础数据。项目组成员在项目执行期间,根据科研工作的需要研发了适用于当地多年冻土环境的调查技术和方法,并申请了发明和实用新型专利,极大地方便了调查工作的开展。这些技术和方法同时可推广应用到其他相似多年冻土区域,提高高寒地区相关科学指标获取的准确性和效率。 由于需要综合对比青藏高原腹地典型多年冻土区与兰州马啣山多年冻土区地下根系及活动层水、热数据发表高质量论文,而青藏高原腹地典型多年冻土区相关数据序列采集工作起步较晚,尚不完整,因此本项目相关研究论文目前还在整理待发表过程中。
确定多年冻土天然上限深度方法及其在路堑工程中的应用
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
该成果以青藏公路衔接的多年冻土厚层地下冰地区五道梁八月份气温、以及风火山地区路堑边坡草坡护坡工程的人为上限值和砂粘土的天然上限值(即季节最大融化深度值)的多年实测数据为基础,建立了该地区天然上限、路堑边坡草皮护坡工程人为上限与八月份平均气温之间的统计相关经验公式。并根据该公式及二项式分布曲线,成功地作出了上述天然和人为上限深度百年变化的预报。公式形式简单、参数易取;最大相对误差为7%;成果表明,把保证率为5%时的年分的上限深度值(即20年一遇的数值)定为人为上限(又称保温层厚度)的最优设计值是合理的;可在风火山地区路基工程设计中采用。它为认识与利用天然和人为上限的变化规律提供了一条途径。
人工冻土基本力学性能研究与应用
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
1.技术领域 本项目属于冻土力学及冻结工法技术领域。 2.主要内容及特点 本项目获得了我国冻结法履盖的华东、华中、华北、东北地区40多个井筒不同深度典型土层在不同土质、不同负温条件下的冻土力学参数,建立了人工冻土单轴抗压强度特征、三轴剪切强度准则、长时强度特征、三轴和单轴蠕变变量分离的完整数学模型,形成了我国人工冻土力学理论基本框架,并首次提出了按稳定性(冻结壁和冻结管变形极限为判据)和强度条件设计冻结壁的新思路,建立了把温度和时间变量分离的有限高冻结壁时空设计理论和公式,并将研究成果直接应用于冻结设计和施工中,为解决深冻结并断管问题奠定了理论基础和方法。 3.应用推广情况 本项目研究与冻结凿井工程紧密联系,科研成果分别直接在山东济宁二号井(开挖荒径最大φ11m)、三号井、邱集(单层粘土最厚126.7m)、金桥(表土最深383.1m)、河南冷泉、古汉山、陈四楼(冻结最深435m)、城郊、位村、河北沽源、安徽张集、东北东荣二等矿应用,使冻结壁设计、施工方案和施工工艺的选择更为合理,缩短了冻结凿井工期,为有效防止冻结管断裂奠定了可靠的理论和设计基础。并把冻土力学原理应用到北京和上海地铁解决工程难题,取得了良好社会和经济效益。编制的国内唯一人工冻土试验标准《人工冻土物理力学性能试验》被批准为煤炭行业标准。
基于压力板仪的冻土未冻水含量的测试方法
成熟度:-
技术类型:发明
应用行业:建筑业
技术简介
本发明提供一种基于压力板仪的冻土未冻水含量的测试方法,该方法包括以下步骤:按土工实验标准取多个冻土试样并编号;在压力板仪陶土板表面铺上无气水直至陶土板下方管路无气泡产生饱和为止;将冻土试样放入压力板仪试样区,给冻土试样施加20kPa气压力, 待冻土试样内达到吸力平衡状态后,从量管中读出冻土试样的排水量;再重复步骤依次施加各级气压力得到气压力值与相对应气压力值下未冻水排水量的数据;计算出各级气压力下冻土试样的未冻水含量得出冻土试样的土水特征曲线
高寒高海拔多年冻土高速公路建设技术与应用
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:建筑业
技术简介
该项目研究属交通运输领域。北半球分布3.5万kmsup2/sup多年冻土。青藏高原集中分布高海拔多年冻土,是中国战略支点和“一带一路”中亚、南亚两大通道节点。掌握多年冻土公路建设技术,是打通陆上通道的需要,4300m以上高海拔多年冻土高速公路建设技术更是全球冻土工程技术的制高点。黑色沥青路面吸热效应和宽幅路基尺度效应的叠加致使多年冻土高速公路路基、桩基融沉及隧道洞口融滑风险前所未有,国内外无工程经验借鉴。面对大尺度高速公路多年冻土灾变机理、工程冻融控制两大世界性技术难题,国内13家单位历经近二十年持续攻关,创立基础理论、创新设计方法、研发成套防控技术与施工方法,实现了灾变可防、融沉可控、工程可靠三大目标。取得四方面重要创新:创立公路冻土工程时空尺度效应理论,基于创建的环境模拟试验、野外暴露试验及实体工程验证平台长期研究,首次系统发现从8.5m宽到26.0m宽路基下冻土融沉发生的工程尺度效应、冻土融沉演变的时间尺度效应;建立多年冻土公路热融风险评价体系,解决大尺度路基冻土融沉灾变机理认知理论难题,实现多年冻土公路工程理论原始创新,提出高速公路冻土地基融沉防控设计理论与方法。构建冻土温度、路基高度、路基结构性态的三参量路基底热能量平衡体系,提出冻土上限控制融沉总量、冻土温度控制融沉历程的双控设计方法。突破高温多年冻土持续融沉控制设计瓶颈,保障冻土融沉由国际100cm以上降至20cm以下,填补融沉控制标准空白。研发高速公路冻融防控结构、材料与装备。基于90km冻土高速公路实验工程,创新散热型路基结构平衡黑色路面吸热效应,创新路面单向导热材料减小吸热强度,发明12种路基阻热导冷结构与装备冷却冻土地基;创新大断面隧道冻融防控技术,首次提出桥梁群桩基础回冻增强技术。攻克20.0m以上宽幅高速公路冻融灾变防控技术难题,病害率降至国际同类工程的1/10以下。创建多年冻土高速公路系列施工关键技术。提出冻土路基特殊结构、桩棒一体化冻土桩基、大断面隧道冻土洞口冻融防控系列施工技术,首次编制8大系列高速公路冻土工程国家、行业及地方标准。解决隔热板路基弯沉、块石路基空隙率、桩基回冻、隧道洞口融滑等施工控制难题。实现零的突破,建成全球首条635km多年冻土共玉高速公路,运营三年工程稳定。项目形成或纳入国家、行业及地方标准18部,取得专利91项(发明专利35项)、著作权7项,发表论文280篇(116篇SCI/EI),出版专著10部;获省部特等奖3项、一等奖4项。与港珠澳工程等一并入选交通运输部重大科技成就。指导新建多年冻土高速公路1100km;应用于全国五省区多年冻土公路升级改造3500km,以及中巴公路建设。经济效益41.78亿元。系列成果达国际领先水平。项目实现了中国多年冻土公路工程理论、技术的自主创新与国际超越,引领多年冻土区公路建设进入高速公路新阶段,是国际冻土工程新的里程碑。对促进西部区域稳定与发展、保障国防“生命线”、提高边疆通道应急应战能力、助推国家“一带一路”倡议交通基础设施互联互通具有特别重大意义。
高温多年冻土地区路面结构形式的适应性研究
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技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
项目通过对高温多年冻土地区的环境特点及影响冻融因素的分析研究,建立了保温层路基及基底温度状况预报模型;运用有限元理论分析了冻土温度场的分布规律;通过室内模拟试验及理论分析,结合试验路工程,研究分析了保温材料的隔热及实用效果和影响因素,总结提出保温材料的施工工艺和有效厚度及合理埋设深度,得出适应高温多年冻土地区的路面结构形式。通过对改性沥青的室内和试验路试验研究,证明掺入改性剂能有效改善沥青混合料的性能,具有抵抗温度应力,减少温缩裂缝的良好效果。该研究提出的保温材料和改性沥青在高温多年冻土地区公路建设中的应用,具有良好的推广应用前景,已在国道214线部分路段的设计、施工中得到应用,对提高工程质量起到了较好的指导作用,可在其它类似地区推广应用,研究总体上达到国内领先水平。
天津地区人工冻土物理力学性能试验及应用技术
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应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
本项目是天津市建委2011年度建设系统第一批科学技术发展技术发展计划,项目编号:2011-9。项目通过对天津市市区及滨海新区范围内土层分布调研,选取不同区域钻孔取样,取样基本包含了天津市土层和土质情况,通过室内实验对天津市市区土质的人工冻土的强度特性、变形特性和热物理特性进行研究,通过研究给出不同温度、不同土质、不同含水量、不同含盐量等条件下的单轴抗压强度、变形模量、泊松比、三轴抗剪强度指标、抗折强度、蠕变强度、冻结温度、导热系数、冻胀系数、融沉系数等物理力学及热物理指标,具体研究内容主要体现在以下几个方面: (一)天津市土层分布调研及现场取样: 在天津地铁线规划线路中,根据相应的地勘报告对沿线10m~40m深度处的土体进行土质研究。根据天津地质普查结果,整个市区土层基本上包括:素填土、冲积土、粘土、淤泥质粘土、粉质粘土、粉土、粉砂。以上土层基本遍布天津市市区,只是分布厚度不一样,局部地区出现错层现象和土层遗缺。通过地层分布与地铁规划线图的比较,5号线、6号线基本覆盖了天津个成因土层。 (二)人工冻土强度特性试验研究: 由于天津市区范围内土层分布情况呈现出不同地区分布厚度不同,含水量、盐量不同,现场取样包含不同土质、不同含盐量范围以及含水量范围,根据具体的取土地点土质情况进行人工冻土强度特性试验研究,主要研究内容如下: 基本物理力学指标:现场取原状土样,对原状土样的含水量、容重、含盐量等基本物理指标进行常规的室内试验。 人工冻土单轴抗压强度试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的单轴抗压强度; 人工冻土三轴抗剪强度试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的三轴抗剪强度指标; 人工冻土抗折强度试验:制备不同土质试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的抗折强度; 人工冻土单轴蠕变强度试验:制备不同土质试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的单轴蠕变强度; (三)人工冻土变形特性试验研究: 变形模量及泊松比试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的变形模量和泊松比; 冻胀融沉系数试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的冻胀融沉系数; (四)人工冻土热物理参数试验研究: 导热系数试验:利用导热系数测定仪测定取样地区不同土质的人工冻土的导热系数。 比热试验:对不同冻结温度下冻土的比热进行试验测定。 冻结温度试验:对取样地区土壤的冻结温度进行测试实验,分析了土壤冻结温度随土性的变化规律,通过试验给定不同土质土体的冻结温度。 (五)人工冻土冻结过程中温度场发展规律研究: 采用有限元分析的手段,考虑多场耦合对人工冻结过程中温度场的发展规律进行有限元分析,结合现场检测数据提出合理的计算方法,利用提出的有限元计算方法对人工冻结过程中的温度场发展规律进行研究; (五)人工冻土冻结过程中冻胀融沉特性及联络通道施工过程的有限元分析: 综合考虑水、热、力三场的耦合效应来建立计算模型,对冻胀、融沉引起的地层位移以及地基土的附加应力的数值分析方法进行研究,对人工冻结过程中冻胀融沉变形特性进行研究,通过建立联络通道开挖有限元模型,对联络通道施工过程进行数值模拟,分析施工过程中的应力场和位移场。 (六)人工冻土冻结法设计计算方法的研究: 结合人工冻土相关理论,对城市地下工程中人工冻结法的相关计算方法进行研究,为地方性规范制定提供基础。 本项目首次得出了天津市区不同土层的人工冻土的力学特性指标、变形特性指标和热物理特性指标及其变化规律,成果可直接应用于天津市区地下工程人工冻土工程设计;同时,项目分析研究了人工冻结过程中温度场发展规律,给出了冻土墙设计厚度所需的平均冻结温度及时间;总结出了冻土冻结、融化过程中周边的冻胀融沉规律、开挖过程中冻土的变形规律以及冻土融化时间,研究确定了天津地区人工冻土设计计算方法,可以用于指导天津地区人工冻土工程建设。
深季节冻土区工程冻土综合技术研究
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应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
1、课题来源于背景 “深季节冻土区工程冻土综合技术研究”来源于水利部公益性行业科研专项,合同编号201001027 。 2、技术原理及性能指标 针对深季节冻土区水利工程边坡特别是膨胀土、分散性粘土边坡以及冬季施工的关键技术问题,通过现场观测、模型试验、数值计算与仿真技术,开展了深季节冻土区土质边坡冻害破坏机理及稳定性模拟、分散性粘土与膨胀土边坡改良防护、输配水干渠工程防冻胀、延长深季节冻土区水利工程施工期、新型防冻胀材料等方面的研究,提出了土质(膨胀土、分散土)冻胀治理措施以及延长寒冷地区水利工程施工期的有效方法,为寒冷地区水利工程建设提供了技术支撑。 (1)揭示了深季节冻土区渠道边坡特别是膨胀土、分散土边坡冻融破坏机理; (2)完善了低温环境下混凝土工程的施工和边坡防护工程冰上施工技术,延长了水利工程有效施工期; (3)研制了新型防冻胀复合保温材料; (4)编制了《寒冷地区水工混凝土冬季施工指南》、《深季节冻土区分散性粘土与膨胀土边坡设计与施工技术指南》等施工指导文件。 3、技术的创造性与先进性 针对深季节冻土区水工土质边坡的冻害破坏开展了迄今为止较大规模的科研工作,从规模、研究范围、整体的成果水平,以及研究成果的系统性、试验示范的领域都相对较大,通过多学科的联合攻关和思想创新、理念创新、集成创新取得了较为系统化、规范化的成果。 (1)通过现场观测、模型试验、数值计算与仿真对深季节冻土区水工土质边坡的破坏机理开展了较为深入的研究,系统地揭示了深季节冻土区渠道边坡冻融破坏机理。 (2)针对分散性粘土和膨胀土的冻胀破坏,通过室内试验、大型冻土力学模型试验、数值计算分析,从冻胀机制、力学性能、以及冻害破坏治理技术等方面进行了系统的研究,填补了许多国内外研究的空白,深季节冻土区膨胀土、分散性粘土冻胀问题的研究,取得如此成果在国内是首次。 (3)深季节冻土区开展“延长深季节冻土区水利工程施工期新技术研究”,完善并规范了目前低温环境下混凝土工程的施工技术和边坡防护工程冰上施工技术,解决了长期以来施工作业不规范、技术支撑不完善的问题。 (4)本项目完成的另一个成果就是架通了科研成果向技术推广应用的桥梁,各项应用技术成果都编制了相应的技术导则、指南等等技术标准,为成果的推广应用奠定了基础。 4、技术的成熟程度,适用范围和安全性 该项技术已经成熟,具备在工程中推广应用的条件,该项目成果适用于深季节冻土区的水利工程建设。 5、应用情况及问题 项目研究成果已在黑龙江省重大水利工程尼尔基引扩建等工程中应用。
青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应
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应用行业:建筑业
技术简介
该项目紧紧围绕着青藏铁路工程建设中多年冻土区筑路关键技术问题开展了系统集成研究,在气候变化影响和高温高含冰量多年冻土的复杂工程背景下,提出了冷却路基、降低多年冻土温度的积极保护多年冻土的设计新思想,突破了传统增加热阻的被动保护多年冻土的筑路设计原则,提出了一系列冷却路基的工程措施,为解决高温高含冰量冻土路基稳定性提供了科学途径;同时通过室内模型试验、数值模拟和仿真试验、青藏铁路正线试验段和非正线机理试验段系统研究,建立了一套冷却路基筑路技术的理论和方法,使国内冻土区工程理论研究有了新突破,极大地提升国内冻土工程研究在国际上的地位,在目前国际冻土工程处于领先地位。
多年冻土青藏公路建设和养护技术
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技术类型:-
应用行业:建筑业
技术简介
该项目是青藏公路四期科研成果的系统集成和创新,项目结合青藏公路历次改建整治、运营养护进行了持续的跟踪研究,建立了高原腹地550公里连续多年冻土公路动态监测体系,系统研究了路面、路基、桥梁桩基、维修养护技术、环境、气候与冻土间的相互关系,创造性地提出合理路基高度与保护冻土的路基稳定技术、基于控制路基融沉变形的沥青路面结构,首次在青藏高原多年冻土区成功修筑高等级沥青路面,突破了国际工程界关于多年冻土区不能修筑沥青路面的禁区,实现了自主创新。创立了公路冻土工程理论,揭示了路基变形、多年冻土变化、沥青路面加速冻土退化等规律,实现了原始创新。建立了多年冻土变化与路基变形预测预报体系,提出了特定环境下沥青路面合理使用与改建整治技术,形成包括新标准、新方法、新结构、新材料、新工艺及配套试验研究设备的成套建设养护技术,实现了集成创新。
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找技术 >兰州马啣山多年冻土活动层土壤特性对牧草根系寿命的影响
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应用行业:农、林、牧、渔业
技术简介
一、研究背景、目的及其意义 近年来,随着全球变化与生态系统研究的深入开展,植物根系寿命及其与土壤环境的研究也日益受到重视。根系生长和寿命特征成为区域和全球尺度气候、生态模型中的必要参数。但由于根系生长于地下,准确取样、测定和观察等十分困难,至今人们对于植物地下部分结构与功能的研究了解仍十分有限,根系寿命与环境因子的关系不够明确。尤其在土壤环境条件十分特殊的多年冻土区,有关根系生长和寿命的研究还鲜有报道。 马啣山是黄土高原范围内的最高山峰,处于青藏高原、黄土高原和内蒙古高原三大高原交汇处,也是我国高寒区(青藏高原)、干旱区和季风区三大气候分区的交界处,在区域气候、地质地理以及生态环境研究中具有十分突出的地位。马啣山也是黄土高原范围内唯一被证实有多年冻土存在的地区,这一地区的多年冻土被冻土学界称为黄土高原多年冻土的“活化石”。便捷的交通条件和独特的地理与生态环境,使马啣山地区成为兰州周边不可多得的环境科学研究的天然实验室。兰州马啣山多年冻土上覆盖有优良的高山草甸牧场,对活动层土壤特性与牧草根系寿命的关系进行观测和研究,不但可以了解根系寿命和生长发育规律,还可以更好地理解根系在优良牧草群落中的功能及其与多年冻土环境因素的动态作用机制;同时为高山牧草最优管理和各种模型模拟提供准确和必要基础数据。 二、主要论点与论据 活动层季节性冻融对于高寒植物地下根系分布格局有深刻的影响。马啣山多年冻土冻融过程中,冻结为双向冻结,即由活动层表层往下和由活动层底层往上冻结,冻结期持续6个月左右,最大冻结深度达125cm;融化期3月下旬开始,土壤自上而下的融化。融化过程中,土壤表层最先具备适宜根系生长的温度和水分条件,因此马啣山多年冻土区高山草甸植物群落地下根系分布特征与青藏高原其他高寒植物一样,主要分布在表层土壤中,表层土壤根量密度值最高,然后随土层深度的增加根量密度值呈阶梯状减小。土壤冻结过程中,细根大量死亡以应对持续的温度变化。 活动层长期的低温环境增加了根系的干物质总量和高寒植物总的生物产量,马啣山研究区植物群落因此具极高的根茎比。活动层0℃以上积温和融化日数是影响牧草根量密度的主要因子。在植物生长季,根系的生长先于地上部分,地下总根量的变化幅度不如地上部分的变化幅度大,基本维持在一个相对较高的数值。这种根系分布和生长特征和马啣山多年冻土活动层特性关系密切,是植物适应多年冻土反复冻融特征的体现之一。 三、创新之处 研究区在有黄土高原多年冻土“活化石”之称的兰州马啣山多年冻土区,收集大量活动层水热、地下根系和气象等本底数据,定量分析多年冻土活动层水热变化对于牧草根系寿命的影响,为深入研究全球气候背景下多年冻土变化特征提供本底参考,以上是本研究的创新之处。 四、社会经济效益、存在问题 兰州马啣山多年冻土上覆盖有优良的高山草甸牧场,对活动层土壤特性与牧草根系寿命的关系进行观测和研究,不但可以了解根系寿命和生长发育规律,还可以更好地理解根系在优良牧草群落中的功能及其与多年冻土环境因素的动态作用机制;同时可为高山牧草最优管理和各种模型模拟提供准确和必要基础数据。项目组成员在项目执行期间,根据科研工作的需要研发了适用于当地多年冻土环境的调查技术和方法,并申请了发明和实用新型专利,极大地方便了调查工作的开展。这些技术和方法同时可推广应用到其他相似多年冻土区域,提高高寒地区相关科学指标获取的准确性和效率。 由于需要综合对比青藏高原腹地典型多年冻土区与兰州马啣山多年冻土区地下根系及活动层水、热数据发表高质量论文,而青藏高原腹地典型多年冻土区相关数据序列采集工作起步较晚,尚不完整,因此本项目相关研究论文目前还在整理待发表过程中。
确定多年冻土天然上限深度方法及其在路堑工程中的应用
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应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
该成果以青藏公路衔接的多年冻土厚层地下冰地区五道梁八月份气温、以及风火山地区路堑边坡草坡护坡工程的人为上限值和砂粘土的天然上限值(即季节最大融化深度值)的多年实测数据为基础,建立了该地区天然上限、路堑边坡草皮护坡工程人为上限与八月份平均气温之间的统计相关经验公式。并根据该公式及二项式分布曲线,成功地作出了上述天然和人为上限深度百年变化的预报。公式形式简单、参数易取;最大相对误差为7%;成果表明,把保证率为5%时的年分的上限深度值(即20年一遇的数值)定为人为上限(又称保温层厚度)的最优设计值是合理的;可在风火山地区路基工程设计中采用。它为认识与利用天然和人为上限的变化规律提供了一条途径。
人工冻土基本力学性能研究与应用
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应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
1.技术领域 本项目属于冻土力学及冻结工法技术领域。 2.主要内容及特点 本项目获得了我国冻结法履盖的华东、华中、华北、东北地区40多个井筒不同深度典型土层在不同土质、不同负温条件下的冻土力学参数,建立了人工冻土单轴抗压强度特征、三轴剪切强度准则、长时强度特征、三轴和单轴蠕变变量分离的完整数学模型,形成了我国人工冻土力学理论基本框架,并首次提出了按稳定性(冻结壁和冻结管变形极限为判据)和强度条件设计冻结壁的新思路,建立了把温度和时间变量分离的有限高冻结壁时空设计理论和公式,并将研究成果直接应用于冻结设计和施工中,为解决深冻结并断管问题奠定了理论基础和方法。 3.应用推广情况 本项目研究与冻结凿井工程紧密联系,科研成果分别直接在山东济宁二号井(开挖荒径最大φ11m)、三号井、邱集(单层粘土最厚126.7m)、金桥(表土最深383.1m)、河南冷泉、古汉山、陈四楼(冻结最深435m)、城郊、位村、河北沽源、安徽张集、东北东荣二等矿应用,使冻结壁设计、施工方案和施工工艺的选择更为合理,缩短了冻结凿井工期,为有效防止冻结管断裂奠定了可靠的理论和设计基础。并把冻土力学原理应用到北京和上海地铁解决工程难题,取得了良好社会和经济效益。编制的国内唯一人工冻土试验标准《人工冻土物理力学性能试验》被批准为煤炭行业标准。
基于压力板仪的冻土未冻水含量的测试方法
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技术类型:发明
应用行业:建筑业
技术简介
本发明提供一种基于压力板仪的冻土未冻水含量的测试方法,该方法包括以下步骤:按土工实验标准取多个冻土试样并编号;在压力板仪陶土板表面铺上无气水直至陶土板下方管路无气泡产生饱和为止;将冻土试样放入压力板仪试样区,给冻土试样施加20kPa气压力, 待冻土试样内达到吸力平衡状态后,从量管中读出冻土试样的排水量;再重复步骤依次施加各级气压力得到气压力值与相对应气压力值下未冻水排水量的数据;计算出各级气压力下冻土试样的未冻水含量得出冻土试样的土水特征曲线
高寒高海拔多年冻土高速公路建设技术与应用
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:建筑业
技术简介
该项目研究属交通运输领域。北半球分布3.5万kmsup2/sup多年冻土。青藏高原集中分布高海拔多年冻土,是中国战略支点和“一带一路”中亚、南亚两大通道节点。掌握多年冻土公路建设技术,是打通陆上通道的需要,4300m以上高海拔多年冻土高速公路建设技术更是全球冻土工程技术的制高点。黑色沥青路面吸热效应和宽幅路基尺度效应的叠加致使多年冻土高速公路路基、桩基融沉及隧道洞口融滑风险前所未有,国内外无工程经验借鉴。面对大尺度高速公路多年冻土灾变机理、工程冻融控制两大世界性技术难题,国内13家单位历经近二十年持续攻关,创立基础理论、创新设计方法、研发成套防控技术与施工方法,实现了灾变可防、融沉可控、工程可靠三大目标。取得四方面重要创新:创立公路冻土工程时空尺度效应理论,基于创建的环境模拟试验、野外暴露试验及实体工程验证平台长期研究,首次系统发现从8.5m宽到26.0m宽路基下冻土融沉发生的工程尺度效应、冻土融沉演变的时间尺度效应;建立多年冻土公路热融风险评价体系,解决大尺度路基冻土融沉灾变机理认知理论难题,实现多年冻土公路工程理论原始创新,提出高速公路冻土地基融沉防控设计理论与方法。构建冻土温度、路基高度、路基结构性态的三参量路基底热能量平衡体系,提出冻土上限控制融沉总量、冻土温度控制融沉历程的双控设计方法。突破高温多年冻土持续融沉控制设计瓶颈,保障冻土融沉由国际100cm以上降至20cm以下,填补融沉控制标准空白。研发高速公路冻融防控结构、材料与装备。基于90km冻土高速公路实验工程,创新散热型路基结构平衡黑色路面吸热效应,创新路面单向导热材料减小吸热强度,发明12种路基阻热导冷结构与装备冷却冻土地基;创新大断面隧道冻融防控技术,首次提出桥梁群桩基础回冻增强技术。攻克20.0m以上宽幅高速公路冻融灾变防控技术难题,病害率降至国际同类工程的1/10以下。创建多年冻土高速公路系列施工关键技术。提出冻土路基特殊结构、桩棒一体化冻土桩基、大断面隧道冻土洞口冻融防控系列施工技术,首次编制8大系列高速公路冻土工程国家、行业及地方标准。解决隔热板路基弯沉、块石路基空隙率、桩基回冻、隧道洞口融滑等施工控制难题。实现零的突破,建成全球首条635km多年冻土共玉高速公路,运营三年工程稳定。项目形成或纳入国家、行业及地方标准18部,取得专利91项(发明专利35项)、著作权7项,发表论文280篇(116篇SCI/EI),出版专著10部;获省部特等奖3项、一等奖4项。与港珠澳工程等一并入选交通运输部重大科技成就。指导新建多年冻土高速公路1100km;应用于全国五省区多年冻土公路升级改造3500km,以及中巴公路建设。经济效益41.78亿元。系列成果达国际领先水平。项目实现了中国多年冻土公路工程理论、技术的自主创新与国际超越,引领多年冻土区公路建设进入高速公路新阶段,是国际冻土工程新的里程碑。对促进西部区域稳定与发展、保障国防“生命线”、提高边疆通道应急应战能力、助推国家“一带一路”倡议交通基础设施互联互通具有特别重大意义。
高温多年冻土地区路面结构形式的适应性研究
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应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
项目通过对高温多年冻土地区的环境特点及影响冻融因素的分析研究,建立了保温层路基及基底温度状况预报模型;运用有限元理论分析了冻土温度场的分布规律;通过室内模拟试验及理论分析,结合试验路工程,研究分析了保温材料的隔热及实用效果和影响因素,总结提出保温材料的施工工艺和有效厚度及合理埋设深度,得出适应高温多年冻土地区的路面结构形式。通过对改性沥青的室内和试验路试验研究,证明掺入改性剂能有效改善沥青混合料的性能,具有抵抗温度应力,减少温缩裂缝的良好效果。该研究提出的保温材料和改性沥青在高温多年冻土地区公路建设中的应用,具有良好的推广应用前景,已在国道214线部分路段的设计、施工中得到应用,对提高工程质量起到了较好的指导作用,可在其它类似地区推广应用,研究总体上达到国内领先水平。
天津地区人工冻土物理力学性能试验及应用技术
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技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
本项目是天津市建委2011年度建设系统第一批科学技术发展技术发展计划,项目编号:2011-9。项目通过对天津市市区及滨海新区范围内土层分布调研,选取不同区域钻孔取样,取样基本包含了天津市土层和土质情况,通过室内实验对天津市市区土质的人工冻土的强度特性、变形特性和热物理特性进行研究,通过研究给出不同温度、不同土质、不同含水量、不同含盐量等条件下的单轴抗压强度、变形模量、泊松比、三轴抗剪强度指标、抗折强度、蠕变强度、冻结温度、导热系数、冻胀系数、融沉系数等物理力学及热物理指标,具体研究内容主要体现在以下几个方面: (一)天津市土层分布调研及现场取样: 在天津地铁线规划线路中,根据相应的地勘报告对沿线10m~40m深度处的土体进行土质研究。根据天津地质普查结果,整个市区土层基本上包括:素填土、冲积土、粘土、淤泥质粘土、粉质粘土、粉土、粉砂。以上土层基本遍布天津市市区,只是分布厚度不一样,局部地区出现错层现象和土层遗缺。通过地层分布与地铁规划线图的比较,5号线、6号线基本覆盖了天津个成因土层。 (二)人工冻土强度特性试验研究: 由于天津市区范围内土层分布情况呈现出不同地区分布厚度不同,含水量、盐量不同,现场取样包含不同土质、不同含盐量范围以及含水量范围,根据具体的取土地点土质情况进行人工冻土强度特性试验研究,主要研究内容如下: 基本物理力学指标:现场取原状土样,对原状土样的含水量、容重、含盐量等基本物理指标进行常规的室内试验。 人工冻土单轴抗压强度试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的单轴抗压强度; 人工冻土三轴抗剪强度试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的三轴抗剪强度指标; 人工冻土抗折强度试验:制备不同土质试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的抗折强度; 人工冻土单轴蠕变强度试验:制备不同土质试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的单轴蠕变强度; (三)人工冻土变形特性试验研究: 变形模量及泊松比试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的变形模量和泊松比; 冻胀融沉系数试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的冻胀融沉系数; (四)人工冻土热物理参数试验研究: 导热系数试验:利用导热系数测定仪测定取样地区不同土质的人工冻土的导热系数。 比热试验:对不同冻结温度下冻土的比热进行试验测定。 冻结温度试验:对取样地区土壤的冻结温度进行测试实验,分析了土壤冻结温度随土性的变化规律,通过试验给定不同土质土体的冻结温度。 (五)人工冻土冻结过程中温度场发展规律研究: 采用有限元分析的手段,考虑多场耦合对人工冻结过程中温度场的发展规律进行有限元分析,结合现场检测数据提出合理的计算方法,利用提出的有限元计算方法对人工冻结过程中的温度场发展规律进行研究; (五)人工冻土冻结过程中冻胀融沉特性及联络通道施工过程的有限元分析: 综合考虑水、热、力三场的耦合效应来建立计算模型,对冻胀、融沉引起的地层位移以及地基土的附加应力的数值分析方法进行研究,对人工冻结过程中冻胀融沉变形特性进行研究,通过建立联络通道开挖有限元模型,对联络通道施工过程进行数值模拟,分析施工过程中的应力场和位移场。 (六)人工冻土冻结法设计计算方法的研究: 结合人工冻土相关理论,对城市地下工程中人工冻结法的相关计算方法进行研究,为地方性规范制定提供基础。 本项目首次得出了天津市区不同土层的人工冻土的力学特性指标、变形特性指标和热物理特性指标及其变化规律,成果可直接应用于天津市区地下工程人工冻土工程设计;同时,项目分析研究了人工冻结过程中温度场发展规律,给出了冻土墙设计厚度所需的平均冻结温度及时间;总结出了冻土冻结、融化过程中周边的冻胀融沉规律、开挖过程中冻土的变形规律以及冻土融化时间,研究确定了天津地区人工冻土设计计算方法,可以用于指导天津地区人工冻土工程建设。
深季节冻土区工程冻土综合技术研究
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技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
1、课题来源于背景 “深季节冻土区工程冻土综合技术研究”来源于水利部公益性行业科研专项,合同编号201001027 。 2、技术原理及性能指标 针对深季节冻土区水利工程边坡特别是膨胀土、分散性粘土边坡以及冬季施工的关键技术问题,通过现场观测、模型试验、数值计算与仿真技术,开展了深季节冻土区土质边坡冻害破坏机理及稳定性模拟、分散性粘土与膨胀土边坡改良防护、输配水干渠工程防冻胀、延长深季节冻土区水利工程施工期、新型防冻胀材料等方面的研究,提出了土质(膨胀土、分散土)冻胀治理措施以及延长寒冷地区水利工程施工期的有效方法,为寒冷地区水利工程建设提供了技术支撑。 (1)揭示了深季节冻土区渠道边坡特别是膨胀土、分散土边坡冻融破坏机理; (2)完善了低温环境下混凝土工程的施工和边坡防护工程冰上施工技术,延长了水利工程有效施工期; (3)研制了新型防冻胀复合保温材料; (4)编制了《寒冷地区水工混凝土冬季施工指南》、《深季节冻土区分散性粘土与膨胀土边坡设计与施工技术指南》等施工指导文件。 3、技术的创造性与先进性 针对深季节冻土区水工土质边坡的冻害破坏开展了迄今为止较大规模的科研工作,从规模、研究范围、整体的成果水平,以及研究成果的系统性、试验示范的领域都相对较大,通过多学科的联合攻关和思想创新、理念创新、集成创新取得了较为系统化、规范化的成果。 (1)通过现场观测、模型试验、数值计算与仿真对深季节冻土区水工土质边坡的破坏机理开展了较为深入的研究,系统地揭示了深季节冻土区渠道边坡冻融破坏机理。 (2)针对分散性粘土和膨胀土的冻胀破坏,通过室内试验、大型冻土力学模型试验、数值计算分析,从冻胀机制、力学性能、以及冻害破坏治理技术等方面进行了系统的研究,填补了许多国内外研究的空白,深季节冻土区膨胀土、分散性粘土冻胀问题的研究,取得如此成果在国内是首次。 (3)深季节冻土区开展“延长深季节冻土区水利工程施工期新技术研究”,完善并规范了目前低温环境下混凝土工程的施工技术和边坡防护工程冰上施工技术,解决了长期以来施工作业不规范、技术支撑不完善的问题。 (4)本项目完成的另一个成果就是架通了科研成果向技术推广应用的桥梁,各项应用技术成果都编制了相应的技术导则、指南等等技术标准,为成果的推广应用奠定了基础。 4、技术的成熟程度,适用范围和安全性 该项技术已经成熟,具备在工程中推广应用的条件,该项目成果适用于深季节冻土区的水利工程建设。 5、应用情况及问题 项目研究成果已在黑龙江省重大水利工程尼尔基引扩建等工程中应用。
青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应
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应用行业:建筑业
技术简介
该项目紧紧围绕着青藏铁路工程建设中多年冻土区筑路关键技术问题开展了系统集成研究,在气候变化影响和高温高含冰量多年冻土的复杂工程背景下,提出了冷却路基、降低多年冻土温度的积极保护多年冻土的设计新思想,突破了传统增加热阻的被动保护多年冻土的筑路设计原则,提出了一系列冷却路基的工程措施,为解决高温高含冰量冻土路基稳定性提供了科学途径;同时通过室内模型试验、数值模拟和仿真试验、青藏铁路正线试验段和非正线机理试验段系统研究,建立了一套冷却路基筑路技术的理论和方法,使国内冻土区工程理论研究有了新突破,极大地提升国内冻土工程研究在国际上的地位,在目前国际冻土工程处于领先地位。
多年冻土青藏公路建设和养护技术
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技术类型:-
应用行业:建筑业
技术简介
该项目是青藏公路四期科研成果的系统集成和创新,项目结合青藏公路历次改建整治、运营养护进行了持续的跟踪研究,建立了高原腹地550公里连续多年冻土公路动态监测体系,系统研究了路面、路基、桥梁桩基、维修养护技术、环境、气候与冻土间的相互关系,创造性地提出合理路基高度与保护冻土的路基稳定技术、基于控制路基融沉变形的沥青路面结构,首次在青藏高原多年冻土区成功修筑高等级沥青路面,突破了国际工程界关于多年冻土区不能修筑沥青路面的禁区,实现了自主创新。创立了公路冻土工程理论,揭示了路基变形、多年冻土变化、沥青路面加速冻土退化等规律,实现了原始创新。建立了多年冻土变化与路基变形预测预报体系,提出了特定环境下沥青路面合理使用与改建整治技术,形成包括新标准、新方法、新结构、新材料、新工艺及配套试验研究设备的成套建设养护技术,实现了集成创新。
找到40项技术成果数据。
找技术 >兰州马啣山多年冻土活动层土壤特性对牧草根系寿命的影响
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应用行业:农、林、牧、渔业
技术简介
一、研究背景、目的及其意义 近年来,随着全球变化与生态系统研究的深入开展,植物根系寿命及其与土壤环境的研究也日益受到重视。根系生长和寿命特征成为区域和全球尺度气候、生态模型中的必要参数。但由于根系生长于地下,准确取样、测定和观察等十分困难,至今人们对于植物地下部分结构与功能的研究了解仍十分有限,根系寿命与环境因子的关系不够明确。尤其在土壤环境条件十分特殊的多年冻土区,有关根系生长和寿命的研究还鲜有报道。 马啣山是黄土高原范围内的最高山峰,处于青藏高原、黄土高原和内蒙古高原三大高原交汇处,也是我国高寒区(青藏高原)、干旱区和季风区三大气候分区的交界处,在区域气候、地质地理以及生态环境研究中具有十分突出的地位。马啣山也是黄土高原范围内唯一被证实有多年冻土存在的地区,这一地区的多年冻土被冻土学界称为黄土高原多年冻土的“活化石”。便捷的交通条件和独特的地理与生态环境,使马啣山地区成为兰州周边不可多得的环境科学研究的天然实验室。兰州马啣山多年冻土上覆盖有优良的高山草甸牧场,对活动层土壤特性与牧草根系寿命的关系进行观测和研究,不但可以了解根系寿命和生长发育规律,还可以更好地理解根系在优良牧草群落中的功能及其与多年冻土环境因素的动态作用机制;同时为高山牧草最优管理和各种模型模拟提供准确和必要基础数据。 二、主要论点与论据 活动层季节性冻融对于高寒植物地下根系分布格局有深刻的影响。马啣山多年冻土冻融过程中,冻结为双向冻结,即由活动层表层往下和由活动层底层往上冻结,冻结期持续6个月左右,最大冻结深度达125cm;融化期3月下旬开始,土壤自上而下的融化。融化过程中,土壤表层最先具备适宜根系生长的温度和水分条件,因此马啣山多年冻土区高山草甸植物群落地下根系分布特征与青藏高原其他高寒植物一样,主要分布在表层土壤中,表层土壤根量密度值最高,然后随土层深度的增加根量密度值呈阶梯状减小。土壤冻结过程中,细根大量死亡以应对持续的温度变化。 活动层长期的低温环境增加了根系的干物质总量和高寒植物总的生物产量,马啣山研究区植物群落因此具极高的根茎比。活动层0℃以上积温和融化日数是影响牧草根量密度的主要因子。在植物生长季,根系的生长先于地上部分,地下总根量的变化幅度不如地上部分的变化幅度大,基本维持在一个相对较高的数值。这种根系分布和生长特征和马啣山多年冻土活动层特性关系密切,是植物适应多年冻土反复冻融特征的体现之一。 三、创新之处 研究区在有黄土高原多年冻土“活化石”之称的兰州马啣山多年冻土区,收集大量活动层水热、地下根系和气象等本底数据,定量分析多年冻土活动层水热变化对于牧草根系寿命的影响,为深入研究全球气候背景下多年冻土变化特征提供本底参考,以上是本研究的创新之处。 四、社会经济效益、存在问题 兰州马啣山多年冻土上覆盖有优良的高山草甸牧场,对活动层土壤特性与牧草根系寿命的关系进行观测和研究,不但可以了解根系寿命和生长发育规律,还可以更好地理解根系在优良牧草群落中的功能及其与多年冻土环境因素的动态作用机制;同时可为高山牧草最优管理和各种模型模拟提供准确和必要基础数据。项目组成员在项目执行期间,根据科研工作的需要研发了适用于当地多年冻土环境的调查技术和方法,并申请了发明和实用新型专利,极大地方便了调查工作的开展。这些技术和方法同时可推广应用到其他相似多年冻土区域,提高高寒地区相关科学指标获取的准确性和效率。 由于需要综合对比青藏高原腹地典型多年冻土区与兰州马啣山多年冻土区地下根系及活动层水、热数据发表高质量论文,而青藏高原腹地典型多年冻土区相关数据序列采集工作起步较晚,尚不完整,因此本项目相关研究论文目前还在整理待发表过程中。
确定多年冻土天然上限深度方法及其在路堑工程中的应用
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技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
该成果以青藏公路衔接的多年冻土厚层地下冰地区五道梁八月份气温、以及风火山地区路堑边坡草坡护坡工程的人为上限值和砂粘土的天然上限值(即季节最大融化深度值)的多年实测数据为基础,建立了该地区天然上限、路堑边坡草皮护坡工程人为上限与八月份平均气温之间的统计相关经验公式。并根据该公式及二项式分布曲线,成功地作出了上述天然和人为上限深度百年变化的预报。公式形式简单、参数易取;最大相对误差为7%;成果表明,把保证率为5%时的年分的上限深度值(即20年一遇的数值)定为人为上限(又称保温层厚度)的最优设计值是合理的;可在风火山地区路基工程设计中采用。它为认识与利用天然和人为上限的变化规律提供了一条途径。
人工冻土基本力学性能研究与应用
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技术类型:-
应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
1.技术领域 本项目属于冻土力学及冻结工法技术领域。 2.主要内容及特点 本项目获得了我国冻结法履盖的华东、华中、华北、东北地区40多个井筒不同深度典型土层在不同土质、不同负温条件下的冻土力学参数,建立了人工冻土单轴抗压强度特征、三轴剪切强度准则、长时强度特征、三轴和单轴蠕变变量分离的完整数学模型,形成了我国人工冻土力学理论基本框架,并首次提出了按稳定性(冻结壁和冻结管变形极限为判据)和强度条件设计冻结壁的新思路,建立了把温度和时间变量分离的有限高冻结壁时空设计理论和公式,并将研究成果直接应用于冻结设计和施工中,为解决深冻结并断管问题奠定了理论基础和方法。 3.应用推广情况 本项目研究与冻结凿井工程紧密联系,科研成果分别直接在山东济宁二号井(开挖荒径最大φ11m)、三号井、邱集(单层粘土最厚126.7m)、金桥(表土最深383.1m)、河南冷泉、古汉山、陈四楼(冻结最深435m)、城郊、位村、河北沽源、安徽张集、东北东荣二等矿应用,使冻结壁设计、施工方案和施工工艺的选择更为合理,缩短了冻结凿井工期,为有效防止冻结管断裂奠定了可靠的理论和设计基础。并把冻土力学原理应用到北京和上海地铁解决工程难题,取得了良好社会和经济效益。编制的国内唯一人工冻土试验标准《人工冻土物理力学性能试验》被批准为煤炭行业标准。
基于压力板仪的冻土未冻水含量的测试方法
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技术类型:发明
应用行业:建筑业
技术简介
本发明提供一种基于压力板仪的冻土未冻水含量的测试方法,该方法包括以下步骤:按土工实验标准取多个冻土试样并编号;在压力板仪陶土板表面铺上无气水直至陶土板下方管路无气泡产生饱和为止;将冻土试样放入压力板仪试样区,给冻土试样施加20kPa气压力, 待冻土试样内达到吸力平衡状态后,从量管中读出冻土试样的排水量;再重复步骤依次施加各级气压力得到气压力值与相对应气压力值下未冻水排水量的数据;计算出各级气压力下冻土试样的未冻水含量得出冻土试样的土水特征曲线
高寒高海拔多年冻土高速公路建设技术与应用
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技术类型:-
应用行业:建筑业
技术简介
该项目研究属交通运输领域。北半球分布3.5万kmsup2/sup多年冻土。青藏高原集中分布高海拔多年冻土,是中国战略支点和“一带一路”中亚、南亚两大通道节点。掌握多年冻土公路建设技术,是打通陆上通道的需要,4300m以上高海拔多年冻土高速公路建设技术更是全球冻土工程技术的制高点。黑色沥青路面吸热效应和宽幅路基尺度效应的叠加致使多年冻土高速公路路基、桩基融沉及隧道洞口融滑风险前所未有,国内外无工程经验借鉴。面对大尺度高速公路多年冻土灾变机理、工程冻融控制两大世界性技术难题,国内13家单位历经近二十年持续攻关,创立基础理论、创新设计方法、研发成套防控技术与施工方法,实现了灾变可防、融沉可控、工程可靠三大目标。取得四方面重要创新:创立公路冻土工程时空尺度效应理论,基于创建的环境模拟试验、野外暴露试验及实体工程验证平台长期研究,首次系统发现从8.5m宽到26.0m宽路基下冻土融沉发生的工程尺度效应、冻土融沉演变的时间尺度效应;建立多年冻土公路热融风险评价体系,解决大尺度路基冻土融沉灾变机理认知理论难题,实现多年冻土公路工程理论原始创新,提出高速公路冻土地基融沉防控设计理论与方法。构建冻土温度、路基高度、路基结构性态的三参量路基底热能量平衡体系,提出冻土上限控制融沉总量、冻土温度控制融沉历程的双控设计方法。突破高温多年冻土持续融沉控制设计瓶颈,保障冻土融沉由国际100cm以上降至20cm以下,填补融沉控制标准空白。研发高速公路冻融防控结构、材料与装备。基于90km冻土高速公路实验工程,创新散热型路基结构平衡黑色路面吸热效应,创新路面单向导热材料减小吸热强度,发明12种路基阻热导冷结构与装备冷却冻土地基;创新大断面隧道冻融防控技术,首次提出桥梁群桩基础回冻增强技术。攻克20.0m以上宽幅高速公路冻融灾变防控技术难题,病害率降至国际同类工程的1/10以下。创建多年冻土高速公路系列施工关键技术。提出冻土路基特殊结构、桩棒一体化冻土桩基、大断面隧道冻土洞口冻融防控系列施工技术,首次编制8大系列高速公路冻土工程国家、行业及地方标准。解决隔热板路基弯沉、块石路基空隙率、桩基回冻、隧道洞口融滑等施工控制难题。实现零的突破,建成全球首条635km多年冻土共玉高速公路,运营三年工程稳定。项目形成或纳入国家、行业及地方标准18部,取得专利91项(发明专利35项)、著作权7项,发表论文280篇(116篇SCI/EI),出版专著10部;获省部特等奖3项、一等奖4项。与港珠澳工程等一并入选交通运输部重大科技成就。指导新建多年冻土高速公路1100km;应用于全国五省区多年冻土公路升级改造3500km,以及中巴公路建设。经济效益41.78亿元。系列成果达国际领先水平。项目实现了中国多年冻土公路工程理论、技术的自主创新与国际超越,引领多年冻土区公路建设进入高速公路新阶段,是国际冻土工程新的里程碑。对促进西部区域稳定与发展、保障国防“生命线”、提高边疆通道应急应战能力、助推国家“一带一路”倡议交通基础设施互联互通具有特别重大意义。
高温多年冻土地区路面结构形式的适应性研究
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应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
项目通过对高温多年冻土地区的环境特点及影响冻融因素的分析研究,建立了保温层路基及基底温度状况预报模型;运用有限元理论分析了冻土温度场的分布规律;通过室内模拟试验及理论分析,结合试验路工程,研究分析了保温材料的隔热及实用效果和影响因素,总结提出保温材料的施工工艺和有效厚度及合理埋设深度,得出适应高温多年冻土地区的路面结构形式。通过对改性沥青的室内和试验路试验研究,证明掺入改性剂能有效改善沥青混合料的性能,具有抵抗温度应力,减少温缩裂缝的良好效果。该研究提出的保温材料和改性沥青在高温多年冻土地区公路建设中的应用,具有良好的推广应用前景,已在国道214线部分路段的设计、施工中得到应用,对提高工程质量起到了较好的指导作用,可在其它类似地区推广应用,研究总体上达到国内领先水平。
天津地区人工冻土物理力学性能试验及应用技术
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应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
本项目是天津市建委2011年度建设系统第一批科学技术发展技术发展计划,项目编号:2011-9。项目通过对天津市市区及滨海新区范围内土层分布调研,选取不同区域钻孔取样,取样基本包含了天津市土层和土质情况,通过室内实验对天津市市区土质的人工冻土的强度特性、变形特性和热物理特性进行研究,通过研究给出不同温度、不同土质、不同含水量、不同含盐量等条件下的单轴抗压强度、变形模量、泊松比、三轴抗剪强度指标、抗折强度、蠕变强度、冻结温度、导热系数、冻胀系数、融沉系数等物理力学及热物理指标,具体研究内容主要体现在以下几个方面: (一)天津市土层分布调研及现场取样: 在天津地铁线规划线路中,根据相应的地勘报告对沿线10m~40m深度处的土体进行土质研究。根据天津地质普查结果,整个市区土层基本上包括:素填土、冲积土、粘土、淤泥质粘土、粉质粘土、粉土、粉砂。以上土层基本遍布天津市市区,只是分布厚度不一样,局部地区出现错层现象和土层遗缺。通过地层分布与地铁规划线图的比较,5号线、6号线基本覆盖了天津个成因土层。 (二)人工冻土强度特性试验研究: 由于天津市区范围内土层分布情况呈现出不同地区分布厚度不同,含水量、盐量不同,现场取样包含不同土质、不同含盐量范围以及含水量范围,根据具体的取土地点土质情况进行人工冻土强度特性试验研究,主要研究内容如下: 基本物理力学指标:现场取原状土样,对原状土样的含水量、容重、含盐量等基本物理指标进行常规的室内试验。 人工冻土单轴抗压强度试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的单轴抗压强度; 人工冻土三轴抗剪强度试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的三轴抗剪强度指标; 人工冻土抗折强度试验:制备不同土质试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的抗折强度; 人工冻土单轴蠕变强度试验:制备不同土质试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的单轴蠕变强度; (三)人工冻土变形特性试验研究: 变形模量及泊松比试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的变形模量和泊松比; 冻胀融沉系数试验:室内制备不同土质的试验土样,通过试验给出不同土质、不同含水量、不同含盐量在不同冷冻温度下的冻胀融沉系数; (四)人工冻土热物理参数试验研究: 导热系数试验:利用导热系数测定仪测定取样地区不同土质的人工冻土的导热系数。 比热试验:对不同冻结温度下冻土的比热进行试验测定。 冻结温度试验:对取样地区土壤的冻结温度进行测试实验,分析了土壤冻结温度随土性的变化规律,通过试验给定不同土质土体的冻结温度。 (五)人工冻土冻结过程中温度场发展规律研究: 采用有限元分析的手段,考虑多场耦合对人工冻结过程中温度场的发展规律进行有限元分析,结合现场检测数据提出合理的计算方法,利用提出的有限元计算方法对人工冻结过程中的温度场发展规律进行研究; (五)人工冻土冻结过程中冻胀融沉特性及联络通道施工过程的有限元分析: 综合考虑水、热、力三场的耦合效应来建立计算模型,对冻胀、融沉引起的地层位移以及地基土的附加应力的数值分析方法进行研究,对人工冻结过程中冻胀融沉变形特性进行研究,通过建立联络通道开挖有限元模型,对联络通道施工过程进行数值模拟,分析施工过程中的应力场和位移场。 (六)人工冻土冻结法设计计算方法的研究: 结合人工冻土相关理论,对城市地下工程中人工冻结法的相关计算方法进行研究,为地方性规范制定提供基础。 本项目首次得出了天津市区不同土层的人工冻土的力学特性指标、变形特性指标和热物理特性指标及其变化规律,成果可直接应用于天津市区地下工程人工冻土工程设计;同时,项目分析研究了人工冻结过程中温度场发展规律,给出了冻土墙设计厚度所需的平均冻结温度及时间;总结出了冻土冻结、融化过程中周边的冻胀融沉规律、开挖过程中冻土的变形规律以及冻土融化时间,研究确定了天津地区人工冻土设计计算方法,可以用于指导天津地区人工冻土工程建设。
深季节冻土区工程冻土综合技术研究
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应用行业:科学研究和技术服务业
技术简介
1、课题来源于背景 “深季节冻土区工程冻土综合技术研究”来源于水利部公益性行业科研专项,合同编号201001027 。 2、技术原理及性能指标 针对深季节冻土区水利工程边坡特别是膨胀土、分散性粘土边坡以及冬季施工的关键技术问题,通过现场观测、模型试验、数值计算与仿真技术,开展了深季节冻土区土质边坡冻害破坏机理及稳定性模拟、分散性粘土与膨胀土边坡改良防护、输配水干渠工程防冻胀、延长深季节冻土区水利工程施工期、新型防冻胀材料等方面的研究,提出了土质(膨胀土、分散土)冻胀治理措施以及延长寒冷地区水利工程施工期的有效方法,为寒冷地区水利工程建设提供了技术支撑。 (1)揭示了深季节冻土区渠道边坡特别是膨胀土、分散土边坡冻融破坏机理; (2)完善了低温环境下混凝土工程的施工和边坡防护工程冰上施工技术,延长了水利工程有效施工期; (3)研制了新型防冻胀复合保温材料; (4)编制了《寒冷地区水工混凝土冬季施工指南》、《深季节冻土区分散性粘土与膨胀土边坡设计与施工技术指南》等施工指导文件。 3、技术的创造性与先进性 针对深季节冻土区水工土质边坡的冻害破坏开展了迄今为止较大规模的科研工作,从规模、研究范围、整体的成果水平,以及研究成果的系统性、试验示范的领域都相对较大,通过多学科的联合攻关和思想创新、理念创新、集成创新取得了较为系统化、规范化的成果。 (1)通过现场观测、模型试验、数值计算与仿真对深季节冻土区水工土质边坡的破坏机理开展了较为深入的研究,系统地揭示了深季节冻土区渠道边坡冻融破坏机理。 (2)针对分散性粘土和膨胀土的冻胀破坏,通过室内试验、大型冻土力学模型试验、数值计算分析,从冻胀机制、力学性能、以及冻害破坏治理技术等方面进行了系统的研究,填补了许多国内外研究的空白,深季节冻土区膨胀土、分散性粘土冻胀问题的研究,取得如此成果在国内是首次。 (3)深季节冻土区开展“延长深季节冻土区水利工程施工期新技术研究”,完善并规范了目前低温环境下混凝土工程的施工技术和边坡防护工程冰上施工技术,解决了长期以来施工作业不规范、技术支撑不完善的问题。 (4)本项目完成的另一个成果就是架通了科研成果向技术推广应用的桥梁,各项应用技术成果都编制了相应的技术导则、指南等等技术标准,为成果的推广应用奠定了基础。 4、技术的成熟程度,适用范围和安全性 该项技术已经成熟,具备在工程中推广应用的条件,该项目成果适用于深季节冻土区的水利工程建设。 5、应用情况及问题 项目研究成果已在黑龙江省重大水利工程尼尔基引扩建等工程中应用。
青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应
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应用行业:建筑业
技术简介
该项目紧紧围绕着青藏铁路工程建设中多年冻土区筑路关键技术问题开展了系统集成研究,在气候变化影响和高温高含冰量多年冻土的复杂工程背景下,提出了冷却路基、降低多年冻土温度的积极保护多年冻土的设计新思想,突破了传统增加热阻的被动保护多年冻土的筑路设计原则,提出了一系列冷却路基的工程措施,为解决高温高含冰量冻土路基稳定性提供了科学途径;同时通过室内模型试验、数值模拟和仿真试验、青藏铁路正线试验段和非正线机理试验段系统研究,建立了一套冷却路基筑路技术的理论和方法,使国内冻土区工程理论研究有了新突破,极大地提升国内冻土工程研究在国际上的地位,在目前国际冻土工程处于领先地位。
多年冻土青藏公路建设和养护技术
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:建筑业
技术简介
该项目是青藏公路四期科研成果的系统集成和创新,项目结合青藏公路历次改建整治、运营养护进行了持续的跟踪研究,建立了高原腹地550公里连续多年冻土公路动态监测体系,系统研究了路面、路基、桥梁桩基、维修养护技术、环境、气候与冻土间的相互关系,创造性地提出合理路基高度与保护冻土的路基稳定技术、基于控制路基融沉变形的沥青路面结构,首次在青藏高原多年冻土区成功修筑高等级沥青路面,突破了国际工程界关于多年冻土区不能修筑沥青路面的禁区,实现了自主创新。创立了公路冻土工程理论,揭示了路基变形、多年冻土变化、沥青路面加速冻土退化等规律,实现了原始创新。建立了多年冻土变化与路基变形预测预报体系,提出了特定环境下沥青路面合理使用与改建整治技术,形成包括新标准、新方法、新结构、新材料、新工艺及配套试验研究设备的成套建设养护技术,实现了集成创新。