黄土地区受季节性气候变化和昼夜交替引起冻融循环效应，导致黄土的结构和物理性质发生变化，从而影响黄土的湿陷变形特性。通过室内湿陷试验和微观结构试验，分析了冻结温度对微观结构损伤规律与宏观湿陷变形的响应是否一致。研究结果表明：控制水分场不变情况下，发现不同冻结温度在相同冻融次数条件下，湿陷变形量随冻结温度的降低逐渐减小，说明冻结温度决定冻结速率，冻结速率的快慢变化影响黄土湿陷量的大小；通过对冻融循环10次黄土进行微观结构试验，定性分析发现随冻结温度的降低，土体内部水分发生水-冰循环相变及冷生结构的生成，使土团粒之间胶结力弱化，骨架颗粒发生偏转、滑移，土体内部的颗粒形态、连接方式及分布排列方式均发生变化并形成新的稳定结构；定量分析发现概率熵、平均形状系数、分布分维、孔隙面积比例及孔径变化范围均呈现出规律性变化与定性分析结果一致。由此表明土体内部团粒、孔隙结构的变化规律印证了冻结温度的降低与黄土表现的宏观湿陷变形量逐渐减小的变化规律具有相关性。
为了研究冻融作用对木质素改良粉质黏土微观结构的影响,采用计算机图像提取与处理技术,对冻融前后的素土和木质素改良粉质黏土进行微观结构单元体、孔隙分布定性与定量分析,结果表明,木质素的掺入提升了粉质黏土的抗冻性。
我国西北内陆和东南沿海含盐土地区的大规模基础设施建设,促进了含盐冻土物理力学研究的发展。从含盐冻土的强度特征、冻融变形特性、水盐迁移规律以及细微观结构研究等4个方面,简要概述了国内外研究现状,总结了含盐冻土物理力学特性的研究进展。提出人工含盐冻土强度和变形特性研究中需增大试验负温范围,以获得氯化钠二次相变对冻土强度和冻融变形的影响规律;从冻融过程中未冻水含量、土水势、孔隙水压力和盐晶体相变等关键机制入手,研究含盐冻土的变形机理;指出现有测定水分、盐分、基质势和孔隙水压力等传感器不能满足室内试验对尺寸和精度的要求,采用微型化、精确化的传感器进行冻融过程中的水盐迁移参数监测,是建立合理的水-热-力-盐耦合模型的前提;提出可将未冻水含量作为微观尺度的孔径分布与宏观强度特性和水盐迁移模型联系的纽带,为建立微观与宏观的联系提供一种新思路。
极地冷海地区具有重要的油气勘探开发价值,但常规固井水泥浆液相水分在该地区负温环境下会分凝结冰,水化反应无法进行,导致固井工作难以开展。为此,针对极地冷海冻土区负温环境下固井水泥浆不凝固难题开发了一种负温水泥浆体系,并对比研究了其在-18℃和室温环境下水化反应微观产物的区别。实验结果表明:该体系具有优良的负温固化性能,在-18℃下0.5～3 h内固化,24 h抗压强度达3.5～9 MPa,可有效解决负温条件下常规水泥浆不固化无强度难题;微观成分测试发现,-18℃下冻土区负温水泥浆的水化程度较室温下低,但水化产物中Aft含量较室温下高,这对水泥石的机械性能起到了积极作用。
为解决高温冻土未冻水含量高、压缩性强对冻土路基造成的不良影响.以采自青藏高原粉质黏土为研究对象,从高温冻土的结构性出发,在负温环境下配置15%掺量的普通硅酸盐水泥、高性能硫铝酸盐以及普通硅酸盐水泥+高性能硫铝酸盐水泥的固化冻土试样,并通过烘干法、TDR技术、X射线衍射、扫描电镜与融化压缩试验,分析高温冻土固化前后土体总含水量、未冻水含量变化以及固化剂加入高温冻土后土体的物相成分,对比不同固化剂的固化效果,同时利用MATLAB编程开发CURVEEXTRACT图像分析系统对SEM图像进行预处理,将其导入Image-ProPlus6.0（IPP）软件中,对比分析高温冻土固化前后微观结构孔隙分布、形态以及定向性等特征.以土体孔隙定向性分维数与固化后压缩系数为桥梁,建立高温冻土固化后宏、微观之间的关系.结果表明,固化后土体总含水量减小,未冻水含量增多,由于固化剂产物的胶结作用,土颗粒整体呈现团聚状态,固化效果越好大颗粒越多,内部孔隙面积减小且孔隙由狭长状向等轴状转化,土体孔隙更加均匀化,土体孔隙定向性分维数D_f与融化压缩系数av之间存在良好的线性关系,固化效果越好,土体孔...
采用扫描电镜测试了祁连山冻土区天然气水合物储层泥岩和砂岩微观结构。在显微镜下观察到,泥岩由微小均匀的片状多边形块体构成,这种微观结构使得泥岩中水合物以浸染状赋存;而砂岩内部存在分散状孔隙,砂岩中水合物为孔隙赋存。采用瞬变平面热源法测试了含甲烷水合物储层岩石的导热系数和热扩散率。在温度为-9.41～9.41℃时,干泥岩导热系数为0.577～0.853 W·m-1·K-1,含甲烷水合物储层泥岩导热系数为0.704～1.050 W·m-1·K-1。在温度为-8.11～9.28℃时,干砂岩导热系数为0.828～1.271 W·m-1·K-1,含甲烷水合物储层砂岩导热系数为3.850～4.555 W·m-1·K-1。在温度为-9.41～9.41℃时,干泥岩热扩散率为0.712～0.894 mm2·s-1,含甲烷水合物储层泥岩热扩散率为0.792～1.006 mm2·s-1,干砂岩热扩散率为1.198～1.674 mm2·s-1,含甲烷水合物储层砂岩热扩散率为1.403～1.769 mm2·s-1。测试数据表明,对于孔隙型水合物,测定导热系数是一种较好的辨识水合物存在的辅助手段。
随着我国寒区建筑、铁路、公路、管道等重点工程项目的大规模修建,从技术角度要求冻土与结构物共同工作体系具有良好的变形协调条件,以保证工程建(构)筑物长期工作性能,其中冻土-结构接触面特性直接影响系统的共同工作性能。从自身研究实践和对国内外该领域研究成果出发,从试验仪器、影响因素、微观结构以及本构模型方面,分别对冻土-结构接触面特性的主要研究成果进行了系统总结,分析了研究现状和存在的问题。结合对研究思路和方法论的探讨,构建了冻土-结构接触面特性研究的思路框架,提出了冻土-结构接触面研究的主要内容和方向,以期明晰研究重点和难点,理清研究思路,为该领域的深入研究提供借鉴和参考。
六溴环十二烷(HBCDs)是一类广泛应用、最具代表性的溴代阻燃剂之一，普遍存在于各类环境介质，具有环境持久性、生物毒性和长距离迁移性，受到了研究者的高度关注。目前对水体中HBCDs吸附解吸的研究主要依赖传统吸附实验方法，难以揭示复杂高泥沙河流中HBCDs在不同介质中的吸附解吸机制。本课题拟以渭河下游(高泥沙)为研究区，以HBCDs为目标物，通过水样、悬浮颗粒物、沉积物样品分析，揭示高泥沙河流中HBCDs赋存状态和时空分布特征。基于宏观吸附实验，结合同步辐射(SR)为光源的FT-IR与μ-XRF微观结构表征，研究悬浮颗粒物、沉积物中HBCDs吸附解吸过程，深入探索HBCDs在悬浮颗粒物和沉积物中的吸附解吸机制及异构体选择性富集机制。本课题的完成对于深刻解析复杂河流水体中HBCDs的迁移转化及归趋具有重要科学意义，为水质安全风险评价提供理论依据。
2016-01物理硬化是影响沥青材料低温性能的本源之一，但目前物理硬化对沥青材料低温性能影响机理尚不明确、沥青材料低温性能的评价体系未能考虑物理硬化的影响，由此可能导致沥青材料低温性能评价结果失效。针对上述问题，本项目将从物理硬化作用下沥青材料的微观特征演变规律入手，详细分析物理硬化作用后沥青分子弛豫模态、分子构象及微观体积特征变化规律；运用断裂力学、流变力学原理，研究物理硬化作用下沥青材料宏观力学行为特征，结合微观、宏观试验结果，阐明沥青材料微观结构变化与宏观力学行为的内在联系，并构建物理硬化作用下沥青材料温度应力本构模型；基于上述结果，提出考虑物理硬化效应的沥青材料低温性能评价指标。.本项目的研究将揭示物理硬化对沥青材料低温性能影响机理，为准确评价沥青材料低温性能提供理论依据，对于研发路面低温抗裂材料具有一定的参考意义，对于路面计算力学和材料学科的发展也有一定的推动作用。
2016-01人工冻结法在地铁建设中的大量应用,使得施工后融沉控制成为亟待解决的问题。论述人工冻土融沉特性、融土特性、常温土微观结构和冻融土微观结构的国内外研究现状。基于前人的研究成果,指出有关融土微观结构与融沉关系的研究尚属空白,并提出,融土微观结构与融沉关系的研究和以微观结构特征来表征宏观融沉特性是未来冻融土微观结构的研究方向。