冻土作为冰冻圈重要的组成部分，其存在分布及水热状态受到多种因素的影响。除了纬度、海拔等，局地因素如植被类型、积雪、土壤水分等也在很大程度上影响冻土的变化。特别是位于欧亚大陆多年冻土南缘的兴安-贝加尔型多年冻土，其发育、保存和分布等状态特征与局地因素密不可分。本文结合40多个钻孔资料和现有研究成果，分析得出目前大兴安岭多年冻土温度和厚度总体上受纬度影响，由南往北随年平均气温降低，冻土温度由0℃降到-2.83℃，但局地因素的影响可使地温最低达-3.6℃；厚度范围为29～130 m，其中地温低、厚度大的多年冻土主要发育在谷底的塔头灌丛湿地区域。满归、根河、伊图里河、新林等地的监测数据表明，自2009年开始，大部分钻孔温度显示该区活动层减薄，浅层多年冻土地温降低，融区最大冻结深度加深，而深层多年冻土却呈升温趋势，零地温变化率位置则各不相同，推测这种情况与全球变暖间隙以及植被、积雪和人类活动等局地因素有关。本研究对理解高纬度多年冻土区的地温变化过程以及这些变化的驱动因素具有重要的科学价值，也会对区域经济可持续发展及应对冻土退化带来的问题起到积极作用。

基于静钻根植桩结构特点，利用ABAQUS建立三维有限元模型，开展静钻根植桩在冻土区的桩基承载特性数值模拟研究，分析竖向荷载下桩基荷载传递机理，讨论桩周冻土温度、桩周水泥土厚度和水泥土黏聚力对竖向承载特性的影响。结果表明，水泥土外壳是桩基承载力的关键，其竖向应力变化复杂；水泥土扩大头底部竖向应力较顶部增大了43%左右；竹节上下部位会发生应力突变，水泥土外壳竹节凹陷处下部较上部应力平均增大27.5%。桩周冻土常温与负温条件下桩基承载特性具有一定差异；桩周水泥土厚度应介于100 mm到0.5倍预制芯桩桩径之间；水泥土黏聚力在300 MPa左右对桩基承载力最有利。

大兴安岭处于欧亚大陆多年冻土带南缘,其多年冻土形成、发展和保存更多受制于植被、水分等局地因子的影响。采用钻探、探地雷达和冻土温度长期监测等手段研究发现,放牧活动会影响大兴安岭东坡新林林区活动层厚度,放牧活动比较强烈的地段,活动层可达2.5m,放牧区边缘至未放牧区域,活动层缩减至1.5m。塔头2013年11月2.0m处的地温仍然在0℃以上(0.04℃),当放牧行为终止及加漠公路改道后,2.0m处的温度开始逐渐恢复,温度由-0.12℃降到-0.69℃,1.5m处的温度则由0.17℃降到-0.42℃,2018年底塔头的活动层厚度已经小于1.5m。从地表植被类型上看,松树林、塔头和灌丛的活动层多年平均厚度分别为0.8m、1.3m和0.7m,近地表0.5m处的年平均地温为0.07℃、0.52℃和0.22℃,年变化深度处(11m)的年均温度为-1.34℃,-0.98℃和-2.19℃。从地温曲线类型上看,灌丛下的多年冻土比较稳定,地温曲线属于正梯度型。松树林和塔头下的冻土温度比较复杂,松树林地温曲线为偏负梯度型-零梯度型-偏正梯度型,塔头为负梯度型-扭曲型。在地表植被类型和人类活动的共同影响下,研究...

现浇混凝土-冻土接触面传热特性直接影响灌注桩表面冻结强度,研究现浇混凝土-冻土接触面传热特性影响因素对冻土区桩基础设计和施工具有重要意义。基于小型模型桩试验条件建立数值模型,开展混凝土浇筑过程中混凝土-冻土接触面传热特性研究,分析了混凝土浇筑温度、水胶比、冻土温度、冻土含水量引起的接触面热流和温度变化。结果表明:浇筑温度由5℃升高至30℃,0.5 h混凝土与冻土接触面热流增大381.2%.水胶比由0.4增大至0.6,0.5 h接触面热流减少23.7%.接触面温度随冻土含水量的增大呈先增大后减小趋势,峰值在冻土液限附近。导热系数和相变热作用的转变起到了决定作用。冻土温度在-1-3℃之间降低时,接触面温度随冻土温度降低而升高。浇筑后0～1 h（尤其是0～0.5 h）是混凝土对冻土释放热量的主要时间。

以水热耦合模型为基础,依据风火山地区的气象资料,用ANSYS软件模拟一年中大气温度变化对浅层冻土的影响,确定格拉管线运行的自然地温环境。结果表明模拟值与实测数据基本吻合,且温度月变化随深度增加而渐趋平缓。继而以7月中旬的自然地温为边界条件,运用Fluent软件模拟0号柴油输送过程中的温降变化。结果表明:温度为11℃的0号汽油流经48 m长的管路,最大温降约为5.5℃,且沿程温降模拟值与轴向温降计算式的计算结果基本相符;以0℃为边界温度,模拟了入口温度为0℃柴油的黏性增温效应,结果显示,流经48 m长的管路,油流的黏性温升约为0.000 8℃。

基于含相变的瞬态温度场控制方程和水分场扩散方程,考虑温度梯度水分扩散率的影响,建立了水热耦合形式下的等效温度场控制方程。根据风火山地区的冻土资料和气象资料,模拟聚氨酯保温层厚度为60 mm的顺序输送成品油管道6—9月对该地区冻土温度场造成的影响。结果表明,当输送90号汽油和-20号柴油且输送时间在50 h以内,经过该地区管段周围冻土的温升为0～0.5℃,运行1个月后最大温升可达0.8℃,运行2个月后最大温升可达1.1℃。根据模拟的管道中心处地温的变化趋势,7月23日—9月7日可输送冷滤点为-1℃的0号柴油。

近年来冻结施工方法越来越多地使用在城市土木工程施工中,但由于受冻土冻结理论基础的缺失和研究方法的局限,长时间以来人们对冻结法的设计始终没有找到较为理想的方案,参数变量选取遇到很大困难,同时在施工阶段没有较为标准统一的技术规范参照,使得该工法的实际应用往往出现工程量浪费、施工混乱和工程质量无保障等情况,而其中冷冻管直径是主要影响参数。通过同轴管土体冻结试验的研究,采用不同直径的冷冻管进行冻结试验,利用Fluent模型分析冻结过程的温度场分布规律,确定了最优冷冻管管径的选择方法,为冻结法的设计及施工提供依据。

多年冻土是复杂地气系统的产物,以升温为特征的气候变化不可避免地对其产生影响.基于青藏铁路沿线8个天然场地2006-2011年的地温监测资料,分析了气候变化背景下,多年冻土升温特征及上限变化规律,并对低、高温冻土的变化特征进行了对比分析.结果表明:2006-2011年监测期间,铁路沿线多年冻土正在经历明显的升温趋势,上限附近和15 m深处平均升温率分别为0.015℃·a-1和0.018℃·a-1,其中,低温冻土区在上述两个深度处升温均比高温冻土区显著;多年冻土上限深度也表现出一定的增深趋势,平均增深速率为4.7 cm·a-1,其中,高温冻土区增深速率大于低温冻土区.低、高温冻土对气候变化的响应表现出了较大差异.同时,受局地因素的影响,不同区域在升温和上限增深上也存在一定差异.

在冻结法凿井施工中,及时掌握人工冻土温度场发展,对于优化冻结方案、处理紧急情况有重要的意义。针对新建矿井实测样本较少的特点,利用基于结构风险最小化原理和小样本学习方法——支持向量机算法,建立了人工冻土温度场发展的支持向量机计算模型。采用不同的核函数的支持向量机对人工冻土温度场发展进行对比分析,确定了适合于人工冻土温度场发展计算的核函数。人工冻土温度场支持向量机模型计算结果表明,该方法是一种有效的方法,为人工冻土温度场的计算提供了一条新途径。

植被常常通过反射太阳辐射、遮阳、蒸腾散热、阻风挡雪、保水吸水等来影响下伏多年冻土。但是不同的植被类型,对下伏冻土热状况的影响也不尽相同。为了探讨大兴安岭林区不同植被对冻土的影响,选取大兴安岭森林生态站实验区杜香-真藓-落叶松林、真藓-落叶松林、塔头-落叶松林、柴桦落叶松林和伊图里河镇原冻土观测场塔头湿地5种典型林型,分析不同林型对冻土的温度和冻融作用的影响。研究发现不同林型的不同组分,由于反射率、覆盖度和根系吸水能力的差别,使得各种林型下的地面温度也不相同。在夏季,月平均地面温度从高到低依次为真藓-落叶松林、杜香-真藓-落叶松林、伊图里河塔头湿地、柴桦落叶松林和塔头落叶松林。由于塔头落叶松林存在乔木层和灌木层,与伊图里河塔头湿地相比,8月份平均地面温度差值低10℃以上。柴桦落叶松林两个钻孔的对比实验表明,铲除地表植被会使活动层0.8 m以上部分的地温升高,并且主要发生在8、9、10月份。对冻土而言,林区植被暖季降温的贡献大于冷季增温的贡献。另外,塔头-落叶松林根系吸水能力最强,这种林型下的土壤开始融化和冻结的日期最晚,冻结初期地面降温速率为0.1℃/d,而0.2 m以下降温速率几乎为零...