对人工冻结工程灾害过程中发生的人工冻土水热侵蚀问题进行了概念上的定义，并指出该问题的实质是双移动边界位置的确定。采用自行研制的冻土侵蚀室内模拟试验装置对该问题进行研究，介绍了试验装置及测点布置情况，给出双移动位置的定量判定标准。选择影响水热侵蚀的水流速率、冻土初始温度、土体含水率3个主要因素作为试验变量，采用控制变量法进行试验分组，得到不同情况下双边界随时间的移动变化情况。试验研究发现：双边界移动速率随流速呈现两阶段变化规律，即先快速增加后平稳趋势，表明冻土的存在使侵蚀速率大大减缓；冻土初始温度对于边界移动的影响并不明显，3种情况下侵蚀边界移动情况基本一致；土体饱和与否对水热侵蚀边界移动有很大影响，土体未饱和时对应的潜蚀速率明显大于饱和时的潜蚀速率。
为了探究黄土丘陵区未冻坡面和冻土坡面在不同径流坡长条件下侵蚀之间的差异，在室内进行模拟冷冻和放水冲刷试验，采用3种径流坡长(2 m, 4 m和6 m)和2种坡面类型(未冻坡面和冻土坡面),定量研究了未冻坡面和冻土坡面的产流产沙过程和水沙关系。结果表明：(1)未冻坡面和冻土坡面的初始产流时间均随着径流坡长的延长而缩短，在相同径流坡长条件下，冻土坡面的初始产流时间较未冻坡面减少；(2)未冻坡面的平均产流量与平均产沙量和冻土坡面的平均产沙量均随着径流坡长的延长而增大，而冻土坡面的平均产流量随着径流坡长的变化无显著差异；(3)未冻坡面产流率和产沙率的关系分为缓慢和急速增加两个阶段，而冻土坡面的产沙率则随着产流率的增大而增大；(4)累积产流量与累积产沙量之间呈正相关关系，参数c的绝对值与径流坡长呈正比，并且冻土坡面大于未冻坡面。土壤冻结后使初始产流时间大大缩短，径流量的增加伴随着冻结土壤的不断融化导致冻土坡面侵蚀加剧。
针对冻结工程灾变过程中渗水孔隙等灾害源在地下水热流侵蚀作用下逐渐扩展的过程进行了研究,在一定假设条件下建立了柱坐标系下基于对流换热边界条件(第三类边界条件)的相变传热数学模型。在对原偏微分方程无量纲化处理后,采用了对数形式分布的热积分平衡方法(HBIM)求解;对于同一问题,在变量代换的基础上采用了基于乘方定律格式的有限差分数值方法进行了求解。对于侵蚀相变位置的求解,两种方法的计算结果吻合良好,在计算的时间范围内,两者最大偏差不超过1%。研究结果表明:史蒂芬数St、毕渥数Bi、以及过冷系数φ为侵蚀相变界面位置随时间变化规律的主要影响因素;在不同参数组合情况下,侵蚀相变位置随时间均呈现出近似线性变化规律;在其他参数不变的条件下,St,Bi增大一倍时,侵蚀相变速率均增加一倍左右,而φ增加一倍时,侵蚀相变速率仅减小了5%。进而说明在实际工程中,降低冻土的平均温度能够减缓侵蚀相变速率,但作用十分有限;相反,降低水流温度或者减缓水流的流速等措施则能够有效减缓水流侵蚀速率。利用本文结果预测实际冻结工程灾变过程时,需考虑土壤性质的不同以及地下水温度、对流换热系数等随孔径变化带来的影响,可将由本文方法得...
为了明确降雨对冻土坡面侵蚀的作用机理,探讨冻土和未冻土在不同水力条件下侵蚀之间的差异。通过室内模拟降雨试验,采用3种降雨强度(0.6,0.9,1.2 mm/min)对比定量研究冻土坡面和未冻土坡面产流产沙过程及水沙关系。结果表明:在0.9、1.2 mm/min雨强下,冻土坡面的产流时间相对对照坡面提前了18.7,6.4 min。冻土坡面径流量、侵蚀量均远大于对照坡面,在0.9,1.2 mm/min雨强下径流量分别是对照坡面的1.16,1.19倍,侵蚀量分别是对照坡面的10.40,6.40倍。随着降雨进行,坡面产生不同程度的细沟,其中,冻土坡面相比对照坡面细沟出现时间分别缩短了18 min,22 min,且冻土坡面细沟侵蚀量占总侵蚀量的79%～92%,此比例大于同雨强下的对照坡面。两种坡面的累计径流量与累计产沙量之间满足y=kx+b的线性关系,在细沟间侵蚀阶段,冻土坡面的k值是对照坡面的8.48～9.02倍,而在细沟侵蚀阶段,则为对照的3.68～7.50倍。研究结果表明细沟侵蚀是冻土坡面土壤侵蚀率增大的主要原因,而冻结层的阻水作用是导致坡面上细沟出现时间提前的最重要因素。该研究可以为完善...
冻融侵蚀约占我国水土流失总面积的三分之一，在青藏高原地区分布最集中、侵蚀最强烈，是威胁当地生态环境安全的主要问题之一。气温低、温差大等气候特点使得青藏高原冻融交替频繁,为冻融侵蚀创造了条件；受冰川、积雪、冻土等影响，水土流失呈融雪、融冰与降水多源驱动的表现形式，冻融侵蚀机理与其它地区有较大差异。本项目在西藏冻融侵蚀强烈的纳木错地区，选取高山冰川与冻土并存、冰雪融水和降水混合补给的曲嘎切流域为研究区，通过实地监测流域内冰川末端和流域出口处的径流量、输沙量以及流域内土壤理化性质、土壤温湿度、坡面产流产沙的动态变化，揭示气象要素、地形、植被、土壤冻融等因素对冰雪融水和降雨侵蚀的影响机制。并在观测研究的基础上，完善冻融土壤冰雪融水侵蚀的参数化方案，利用基于物理机制的分布式水文模型定量研究流域的水文泥沙过程，通过模型敏感性分析和情景预估，为西藏土壤侵蚀防治和水土保持规划提供依据。
2014-01中国北方土壤风蚀区包括多种土地利用、土壤和植被类型，现有耕地风蚀模型不能满足需要。本项目在前人和项目组预研究成果基础上，建立研究区土地利用类型、土壤类型及其理化特性、植被特征、DEM地形图等空间数据库，确定典型观测区、样品采集区和实验模拟条件；野外测量典型观测区的裸露、有不同特征植被、不同耕作措施耕地、不同大小和密度的砾石覆盖、中小尺度地形等情形下的空气动力学粗糙度；根据模拟实验和野外观测数据，计算典型土壤类型裸土和结皮条件下的临界摩阻风速和剪应力，不同粗糙元条件下的临界摩阻风速和剪应力，以及粗糙元及其之间裸土表面的剪应力分离；研究土壤抗蚀性与表土机械组分和水分、碳酸钙和有机质含量、表土容重、植物根系等之间的定量关系。依据风蚀动力学原理，分别对地表粗糙干扰因子、风力侵蚀因子、土壤抗蚀性因子进行归并，并将其参数化，为未来构建具备风蚀动力学理论基础和具有广泛适用性的土壤风蚀模型奠定理论基础。
2014-01随着青藏高原工程强度的提高,冻土区斜坡稳定性成为工程建设必须面对和解决的问题,其中最为严重也是较难防治的斜坡失稳是热融滑塌。针对典型热融滑塌进行的温度监测资料表明,在滑塌的影响下,其下多年冻土地温年变化幅度趋小而年平均地温升高,导致产生这一现象的原因在于每年进入多年冻土的冷能有所降低。滑坡溯源侵蚀范围监测资料表明,滑塌范围的扩展随地温的周期变化波动进行,并主要集中在7～9月,最大扩展范围出现在沿坡体倾向方向。热融滑塌的产生与多年冻土条件和外因力的诱发关系密切,工程治理要考虑引起滑坡消亡的基本条件。