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。
目的：揭示冻土形成与发展的过程可以为复杂地质条件下的冻结法施工提供科学依据，因此需研究冻结过程中冻土温度场的变化规律。方法：以福州地铁某江底联络通道冻结工程为例，开展土体热物理参数试验及冻结温度场试验。通过试验获得土体的导热系数、比热容、冻结温度等重要热物理参数值，以及冻结温度分别为-5℃、-10℃、-15℃和-20℃时，冻土温度场的变化规律。利用ANSYS有限元计算软件开展了冻土温度场数值计算分析，获得了不同冻结时间下，冻结温度场计算分布图、沿路径A—B的温度分布情况、有效厚度范围内冻土的平均温度等计算结果，并与工程实际测量值进行了对比分析。结果及结论：冻结温度越低，土体温度的变化速率越快；当冻结温度为-5℃、-10℃、-15℃及-20℃时，距离冷源最远处的测温孔测量得到的冻结温度稳定值分别为0.75℃、-3.00℃、-4.00℃及-7.50℃,稳定温度与相应冻结温度之间的差值分别为5.75℃、7.00℃、9.00℃以及12.50℃;该冻结工程冻土交圈时间为30 d,积极冻结时间为45 d,冻土平均温度达到了-14.80℃;计算结果与实测数据基本吻合，误差在工程允许范围之内，验证了所...
为优化冻结方案、准确掌握人工冻土温度场发展状况、处理紧急情况，需要了解变热工参数对人工冻土温度场的影响。以圆形断面为计算断面，在特定的温度场定解条件下，假定变热系数随径向按照一定规律变化，从而推导了平面极坐标下人工冻土温度场方程的解析解，得出了三种不同变化形式下的温度场变化情况，并可以根据算出的温度场方程反推冻结冰峰移动情况。
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。
利用小波变换分析方法,对青藏公路风火山监测场地天然状态下和路基中心下15 a的低温多年冻土温度时间序列进行了多时间尺度分析和趋势预测.结果表明:天然地表和路基下部多年冻土温度变化具有多时间尺度特征,二者多时间尺度周期的时频分布特征存在较大差别.天然地表具有简单的规律性,路基中心的规律相对较复杂,主要体现在冻土上限附近.天然地表下当前均处于暖期,深层主要受气候长周期波动控制,使其在进入冷暖期的时间上滞后于上层;路基中心下浅层和深层的冷暖期相反,浅层处于暖期,深层处于冷期,其长度随热交换量大小和热量积累的变化也不统一,给路基的稳定性带来了更大的隐患,但也为控制、减少和治理冻土路基中的病害提供了新依据.