为分析中俄原油管道加格达奇输油泵站供电线路—泵站甲线与乙线12#、14#塔基周边多年冻土的退化特征,在不同季节通过高密度电法探明融区分布范围并评估炉灰换填措施对多年冻土的防护效能。研究结果表明,电阻率差异可有效表征塔基周边多年冻土空间分布规律、退化过程及融区成因。塔基工程诱发积水垂向渗流热侵蚀。融化多年冻土层与风化层为水体渗流提供水力通道,导致塔间下方土层孔隙水富集与岩层低阻特性,形成贯通融区(最大融深>28 m)。相比于甲线14#(融深16 m),炉灰换填使乙线14#下部融深减少1.5 m,横向融区扩展范围缩小约60%,显著延缓了基础周边融区发育。研究结果可为多年冻土区工程扰动及病害防治策略研究提供重要基础数据。
作为东北多年冻土典型区,在气候变化和人类活动的共同影响下,大兴安岭山区多年冻土广泛快速退化,并导致了冻融灾害的频发。为系统地掌握该区工程冻融灾害分布及冻土退化情况,我们采用ERT、浅层测温(0~2 m)和无人机航测等方法于2023年8—9月开展了大兴安岭多年冻土区冻融灾害调查。结果表明,沥青路面下融沉长度和融沉量最大且以路基融沉(包含路基倾斜和波浪路面)为主;混凝土路面以长大深纵裂为主,而林区铁路和中俄原油管道(China-Russia crude oil pipelines, CRCOPs)以管基和施工运营作业带(right-of-way,或ROW)融沉和热喀斯特为主。冻融灾害地理分异特征明显:融沉灾害多发现于地势平坦且冻土保存条件较好的位置,融沉灾害的年平均地温与坡度呈正相关关系,且破坏长度与坡度为负相关关系。阳坡的融沉灾害平均破坏长度大于阴坡破坏长度。低纬度的融沉灾害平均破坏长度大于高纬度破坏长度。年平均地温较低的草甸土和森林土的融沉灾害的平均破坏长度大于年平均地温较高的暗棕壤的融沉灾害的破坏长度。冻融灾害对交通工程设施地基基础的安全运营造成了威胁:CRCOPs Ⅰ和Ⅱ线(漠河—...
多年冻土退化后,融区周期性冻结和融化作用会严重损害输油管道的稳定性.为查明原油管道埋设区多年冻土分布、发育现状,计划分别采用二维、三维高密度电法进行探测.为了进一步研究高密度电法不同探测方式的有效性和冻土的电阻率响应特征,首先在管道下部空间建立未融化、半融化、贯穿融化3种模型,采用EarthImager 2D和EarthImager 3D软件进行有限单元法正演和圆滑约束的最小二乘法反演;随后根据数值模拟结果,对比研究3种模型电阻率响应特征及反演结果的差异性,总结二维、三维高密度电法勘探效果;最后利用勘探实例进一步验证.结果表明,高密度电法在多年冻土探测领域是一种行之有效的方法:二维高密度电法对未融化、贯穿融化探测效果优于半融化状态;三维高密度电法采集数据更加丰富,目标体形态展示更加直观精细,反演结果更加接近理论模型,适用各种冻土融化状态.野外实例进一步验证了数值模拟结果,三维高密度电法的应用也对多年冻土精细探测领域提供了新思路.
多年冻土退化后,融区周期性冻结和融化作用会严重损害输油管道的稳定性.为查明原油管道埋设区多年冻土分布、发育现状,计划分别采用二维、三维高密度电法进行探测.为了进一步研究高密度电法不同探测方式的有效性和冻土的电阻率响应特征,首先在管道下部空间建立未融化、半融化、贯穿融化3种模型,采用EarthImager 2D和EarthImager 3D软件进行有限单元法正演和圆滑约束的最小二乘法反演;随后根据数值模拟结果,对比研究3种模型电阻率响应特征及反演结果的差异性,总结二维、三维高密度电法勘探效果;最后利用勘探实例进一步验证.结果表明,高密度电法在多年冻土探测领域是一种行之有效的方法:二维高密度电法对未融化、贯穿融化探测效果优于半融化状态;三维高密度电法采集数据更加丰富,目标体形态展示更加直观精细,反演结果更加接近理论模型,适用各种冻土融化状态.野外实例进一步验证了数值模拟结果,三维高密度电法的应用也对多年冻土精细探测领域提供了新思路.
本文利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置探究冲击加载下含盐量和应变率对饱和含盐冻土动态强度的影响。试验结果表明,当含盐量介于0%~2%时,土体的动态强度大约随含盐量每增加1%而减小1.5 MPa;随应变率每升高250 s-1而增大2.0 MPa。从能量角度分析,土体冲击过程中的吸收能密度大约随含盐量每增加1%而减小0.1 J/cm3;随应变率每升高250 s-1而增大0.2 J/cm3。基于能量平衡和断裂理论,推导了饱和含盐冻土压缩膨胀拉伸破坏模型的动态强度理论计算式,计算结果与试验结果误差不超过10%,且能预测动态强度随含盐量和应变率的变化趋势,表明该理论可以揭示饱和含盐冻土的动态破坏机理,为工程实践提供理论基础和借鉴意义。
多年冻土区输电线路塔基基础附近活动层厚度和地下冰变化与基础稳定性密切相关,塔基施工的热扰动和混凝土基础的热效应使得基础周围冻土易发生退化,不利于基础的稳定。高密度电法是冻土工程环境研究中常用的地球物理方法,其探测结果的可靠性和分辨能力受数据采集方式、目标体地电结构影响。为减小对输电线路塔基附近冻土特征识别的不确定性,通过建立基础周围多年冻土地电模型的正反演模拟,发现活动层处于融化状态时各种装置方式数据采集均能较好地反映活动层厚度的起伏,但由于冻融锋面附近显著的电阻率差异,难以识别多年冻土层内的地下冰空间分布特征。而活动层处于冻结状态时进行探测能显著提高对多年冻土层内的地下冰空间分布特征识别精度,其中偶极-偶极装置可较好地识别高、低含冰量区域的发育位置和形态特征。在青藏直流输电线路塔基基础附近冻土探测中证实了方法的有效性,探测结果揭示了施工过程和基础热效应导致的塔基基础附近的地下冰退化。以上研究表明,通过正反演模拟,根据具体探测目标选择合适的探测时机和数据采集方式,能显著提高高密度电法探测结果的有效性和精度。
结合铁伊(铁力—伊春)高速铁路沿线岛状多年冻土的分布特征,通过室内试验研究了铁伊高速铁路沿线不同种类的岛状多年冻土在不同影响因素条件下的融沉特性,并根据不同种类的多年冻土融沉特性进行了工程措施分析。研究结果表明:岛状多年冻土的融沉系数随着含水率的增大而增大,随着干密度的增大而减小;岛状多年冻土的融化压缩系数在不同试验荷载作用下并非常数,而是随着荷载的增大而减小。对于融沉系数较大且埋深较浅的富冰或饱冰多年冻土采取挖除换填的工程措施;对于融沉系数较小的多冰或者少冰冻土,采用挖除换填+预融的工程措施;对于埋深较大的多年冻土采取桩基加固的工程措施。
结合铁伊(铁力—伊春)高速铁路沿线岛状多年冻土的分布特征,通过室内试验研究了铁伊高速铁路沿线不同种类的岛状多年冻土在不同影响因素条件下的融沉特性,并根据不同种类的多年冻土融沉特性进行了工程措施分析。研究结果表明:岛状多年冻土的融沉系数随着含水率的增大而增大,随着干密度的增大而减小;岛状多年冻土的融化压缩系数在不同试验荷载作用下并非常数,而是随着荷载的增大而减小。对于融沉系数较大且埋深较浅的富冰或饱冰多年冻土采取挖除换填的工程措施;对于融沉系数较小的多冰或者少冰冻土,采用挖除换填+预融的工程措施;对于埋深较大的多年冻土采取桩基加固的工程措施。
以国道322库—根公路工程为依托,通过对沿线多年粉质黏土冻土原状样进行融沉试验,分析了融沉系数随含水率、干密度的变化规律,发现弱融沉以上等级的粉质黏土冻土原状样的融沉系数随含水率的增大而增大、随干密度的增大而减小的规律,进而提出了多年冻土区粉质黏土路基的治理思路,为极寒地区多年冻土路基融沉治理提供了理论参考与科学依据。
以国道322库—根公路工程为依托,通过对沿线多年粉质黏土冻土原状样进行融沉试验,分析了融沉系数随含水率、干密度的变化规律,发现弱融沉以上等级的粉质黏土冻土原状样的融沉系数随含水率的增大而增大、随干密度的增大而减小的规律,进而提出了多年冻土区粉质黏土路基的治理思路,为极寒地区多年冻土路基融沉治理提供了理论参考与科学依据。