张明礼
- 作品数：36 被引量：195H指数：10
- 供职机构：兰州理工大学土木工程学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金国家重点基础研究发展计划中国科学院“百人计划”更多>>
- 相关领域：天文地球建筑科学交通运输工程文化科学更多>>
- 寒区非饱和土体混合态水分迁移研究进展被引量：3
- 2022年
- 综合分析了冻土液态水和气态水迁移机制以及水热耦合数值模型,归纳了土水势理论和水汽迁移成冰理论的研究进展,综述了冻土传统水分迁移驱动力理论和水汽迁移驱动力理论,分析了工程地基土体增水机理,对水热力和水热汽耦合作用理论进行了总结分析,并对比了不同数值模型的特点。因冻土冰水相压力的不明确,Clapeyron方程在冻土中的适用性还需进一步探究;水汽遇冷冷凝作用和水汽蒸发凝结作用很好地解释了非饱和土体的增水机理;传统水分迁移理论多是基于液态水展开研究,忽略了水汽运移的影响,水汽迁移成冰理论很好地解释了水汽运移引起的工程冻害;水热力耦合迁移理论没有充分表征应力场的作用,不能完全揭示土体冻胀的形成和发展过程。
- 薛珂郑涛张明礼刘建平阳峰
- 关键词：冻土
- 夏季降雨增加对多年冻土活动层水热状态的影响研究被引量：1
- 2022年
- 近50年青藏高原地区降雨呈波动性的增加趋势,且夏季降雨是全年降雨量的主要来源,降雨变化会导致冻土内部水热发生改变。然而,目前关于夏季降雨变化对多年冻土水热状态的影响研究鲜有文献报道。因此,基于优化地表能量平衡边界条件的水-汽-热耦合模型,以青藏高原北麓河地区2013年实测气象资料为模型驱动数据,研究夏季降雨增加到2倍后活动层的响应机制。结果表明:夏季降雨增加到2倍后,净辐射、蒸发潜热增加,而感热以及地表热通量减小,地表与大气之间的能量交换方式从感热转换为蒸发潜热,且夏季整体用来加热活动层的热量减少1.4%;夏季降雨增加导致液态水运移通量增加,而水汽运移通量减小,热传导通量、水汽对流热通量、水汽扩散潜热通量的减小量约为液态水对流热通量增加量的2.6倍,因此夏季降雨增加导致土体降温,活动层厚度整体抬升0.14 m,对冻土起到降温效果。
- 张明礼周志雄周凤玺周凤玺
- 关键词：多年冻土活动层
- 季节降雨特征对青藏高原中部冻土活动层的水热影响
- 2023年
- 降水作用会导致冻土活动层的水热状态发生明显变化,并且青藏高原地区的降水也表现出明显的季节性差异。为了分析季节降雨特征对冻土活动层内部水热状态的影响效果,对青藏高原中部北麓河地区的气象资料以及活动层内部的热通量、含水量、温度变化开展了原位监测。研究结果表明:北麓河地区是以小雨事件为主,中雨事件为辅的降雨特征,小雨事件占3-11月降雨事件的90%左右。并且,夏季还会发生大雨事件,秋季出现持续降雨事件。其中,各个季节降雨事件导致地表净辐射整体呈现减小的趋势,且夏季大雨事件对净辐射的影响效果更加明显,秋季持续降雨事件导致净辐射表现出先增加后减小的趋势,土壤热通量的变化规律与净辐射的变化基本一致。降雨作用通过影响地表净辐射改变了土壤热通量的变化,进而引起土壤内部水分场及温度场发生改变。其中,夏季大雨及中雨事件会显著增加浅层土壤含水量,而春季和秋季降雨对土壤含水量影响较小;各个季节小雨事件对土壤温度的影响可以忽略,但中雨、大雨及持续降雨事件会显著缓解浅层土壤升温趋势,且随着深度增加,降雨事件对于缓解土壤升温趋势逐渐减弱。研究结果对于多年冻土区的区域生态环境问题以及工程建筑物病害防治问题的解决具有一定的指导意义。
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- 关键词：青藏高原多年冻土净辐射
- 斜坡渗流对青藏公路多年冻土路基温度场的影响被引量：4
- 2016年
- 为了定量研究斜坡渗流对冻土区公路路基温度场的影响,建立了考虑相变和水分对流传热的冻土导热数值模型,对青藏公路斜坡路基温度场进行了数值模拟,研究了不同土质、不同斜坡坡度水分对流对冻土路基温度场的影响。结果表明:活动层水分渗流对冻土路基的影响主要表现为人为上限下降以及深部冻土的升温,水分渗流对路基下坡脚、路基中心的影响最为显著;浅地表导水系数越高、坡度越大,水分流动对温度场影响越大;对于浅层地表渗透性高(Ks>4×10-7 m·s-1)、含水量接近饱和且坡度较大(>10%)的斜坡路段路基,水分渗流对冻土路基稳定性影响不可忽略。
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- 关键词：多年冻土斜坡路基青藏公路
- 大断面浅埋隧道地表沉降Peck修正公式及其应用
- 2024年
- 针对经典Peck公式未考虑隧道断面形状、埋深对大断面浅埋隧道地表沉降影响的不足,考虑断面形状与隧道埋深修正系数改进Peck公式。利用白塔山隧道地表沉降实测数据对修正公式进行验证,两个监测断面预测值与实测值平均相对误差8.3%,最大相对误差18.4%。进而采用修正Peck公式对不同断面形状、不同埋深隧道开挖引起的地表沉降进行预测。结果表明:地表最大沉降与断面形状修正系数成正相关,地表最大沉降依次为矩形-1(Ⅰ)>马蹄形-1(Ⅱ)>圆形(Ⅴ)>矩形-2(Ⅲ)>马蹄形-2(Ⅳ);随着大断面浅埋隧道埋深增加,地表最大沉降减小而地表沉降槽宽度相应增大。地表沉降曲线形态由窄而深过渡到宽而浅,地表核心沉降区面积也逐渐减小。研究成果可为类似工程提供理论支持和技术参考。
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- 关键词：大断面浅埋隧道地表沉降预测
- 青藏高原多年冻土区埋地输气管道周围温度场数值分析被引量：5
- 2019年
- 通过建立管道与多年冻土热相互作用的计算模型,利用数值分析方法探究了不同管温(输运温度)工况下冷输天然气管道对管周土体冻融过程和多年冻土热稳定性的影响。研究表明:5℃正温输运天然气管道可造成下覆冻土上限下降约11倍管径,管周多年冻土退化严重;0℃输运会导致管底下部高温不稳定冻土范围扩大,管底土体强度及承载性能降低,不利于保持多年冻土和管道运营稳定性;-1℃和-5℃负温输运可有效提高冻土人为上限,保持管底冻土温度稳定,但-5℃时管道下部土体温度降低明显,可能导致冻胀病害发生。就管周冻土热稳定性而言,在青藏高原多年冻土区采用冷输(负温输送)工艺输运天然气有利于保护管周多年冻土,是可行的。
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- 关键词：青藏高原多年冻土天然气管道数值模拟
- 基于pF meter传感器的土体冻融过程中基质势与未冻水量关系研究被引量：3
- 2017年
- 基质势是驱动冻土中水分发生迁移的关键驱动力之一,但由于以往的技术限制,负温下土体的基质势难以被直接测量,冻土基质势相关问题成为冻土水热过程研究中的难题。利用可用于极端负温条件下的pF meter基质势传感器,针对青藏红黏土、兰州粉土以及张掖细砂这三种不同粒径级配的土体,分别从粒径大小和初始含水量的角度,通过室内试验,研究了土体冻结与融化过程中基质势、未冻水量以及温度三者之间动态变化的关系。结果表明:冻土中的冰晶体对基质势和未冻水量的影响类似于融土中的气体,而冰晶体的含量又与土体温度相关;由粒径级配决定的比表面积对冻土基质势存在着决定性的影响;此外,初始含水量的多少对冻土基质势也存在与融土类似的影响。研究成果揭示了负温冻土中未冻水的数量与能量状态随冻结与融化过程的变化关系,为研究冻土中水分在基质势驱动下的迁移过程提供了理论基础和试验支撑。
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- 关键词：冻土冻融PFMETER
- 冻结作用对青藏红黏土及兰州粉土微观结构的影响分析被引量：4
- 2019年
- 冻土微观孔隙特征是决定冻土体一系列物理、力学性质的基本参数,冻土中存在的冰晶体其体积受温度影响发生变化会影响到冻土的土体微观结构及孔隙特质发生变化。利用可用于负温冻土观测的新型扫描电镜,通过对青藏红黏土及兰州粉土不同初始条件下的土样冻结前后微观结构进行研究分析。结果表明:冻结作用发生后,冰晶生长对周围土颗粒产生挤压作用,导致周围土颗粒的移动和结构破坏,土中大孔隙的数量增多,加之周围小孔隙补给大孔隙中的冰晶进一步生长,出现局部个别大孔隙体积增大,小孔隙体积缩小的现象,表现在孔隙率上为土体在冻结后孔隙率减小;此外,对于粒径级配不同的土体而言,冻结作用对细颗粒土的土体孔隙的尺寸、形态以及排列方式等方面的影响均大于粗颗粒土;同样,初始含水率决定了冻结作用发生后参与改变土体微观结构的冰晶体生长的"量"的大小,在冻结作用对土体结构性破坏的过程中起重要作用。研究成果定量揭示了冻结作用对不同初始条件下的土体微观结构的影响,为研究冻土宏观力学特性和冻胀机制等提供了理论基础与和试验支撑。
- 薛珂温智马小涵张明礼高樯孙楠
- 关键词：SEM
- 钻孔灌注嵌岩桩竖向承载力规范计算方法探讨
- 2014年
- 通过收集31根钻孔灌注嵌岩桩静载试验数据,分析了钻孔灌注嵌岩桩在竖向荷载作用下的承载特性,结果表明,在竖向荷载作用下,嵌岩桩竖向承载力由桩土侧阻力、桩岩侧阻力、桩端阻力三部分组成,对于桩长较长且上覆土层强度较高时,桩土侧阻力作用不可忽略,嵌岩桩不一定是端承桩。长径比、嵌岩比、岩石破碎程度、清孔情况、桩端岩层强度等因素对嵌岩桩承载特性影响较大。现行铁路规范完全不计土层及强风化岩层的摩阻力,适用于上覆土层厚度较小、强度较低的中短桩,对于考虑冲刷作用、欠固结填土、自重湿陷性黄土地区可以按照规范公式进行计算。设计桩基时,应当以现场地质勘查为基础,综合考虑桩身特性、岩土特性、施工质量等因素确定单桩竖向承载力。
- 张明礼孙学先薛珂
- 关键词：嵌岩桩单桩承载力侧摩阻力桩身轴力嵌岩深度
- 面向工程教育认证标准的实践类课程达成情况评价--以“地下结构设计课程设计”为例被引量：4
- 2021年
- 课程达成评价是工程教育认证中重要的一环,是促进课程体系优化和课程教学持续改进的依据。文章针对当前土木工程专业认证中课程达成情况评价量化机制不明确的问题,提出基于课程考核成绩分析的达成情况评价方法,以土木工程专业核心专业实践类课程“地下结构设计课程设计”为例,分析了课程教学大纲、课程目标、毕业要求的对应关系,并进行达成情况的计算与分析,为课程教学的持续改进和毕业要求的达成评价提供依据。该评价方法得到了专业教师和工程教育认证专家的认可,实践证明有利于持续改进理念在教学过程中的具体实施。
- 张明礼王立宪侯彦东
- 关键词：工程教育认证实践课程课程设计
