为更好地解决季节冻土山区突出的软基冻害难题,提出在弃渣碎石换填层上铺设保温板的“保温换填法”。基于工程实例,运用带冰水相变的考虑路基阴阳坡效应的有限元数值解法,模拟分析XPS保温板在不同的埋深、厚度,以及考虑冻融循环作用和地下水对XPS保温板导热系数不利影响(最不利工况)的条件下,路基不同部位最大季节冻深和路基阴、阳坡路肩横向热差异在30年内随时间的变化。结果表明:“保温换填法”在抬升路基不同部位的最大季节冻深和控制路基阴、阳坡路肩横向热差异方面都具有良好的效果,但具体效果与路堤高度有关,路堤高度越小效果越好;综合考虑经济性和长期保温效果,路面下0.8 m是XPS保温板合理的埋设深度,8 cm厚是合理的铺设厚度,按《公路路基设计手册》公式确定的6 cm厚在季节冻土山区路基中偏于不安全;同时,“保温换填法”也适用于季节冻土山区地下水位埋深浅的地段。
在永久冻土段修建宽幅路基需解决高寒、高海拔、高纬度等恶劣因素所造成路基不均匀沉降、纵向裂缝、道路翻浆等严重工程病害问题。以新疆中天山冻土段为例,现场试验观测数据为基准采用数值计算方法;研究曲线型通风管结合碎石层复合路基制冷效果。研究结果表明:半挖半填路基温度场横向差异明显,在20个运营年后,左路肩与路基中心处最大融深相差3 m;在第20年时,折线形通风管路基冻土上限为1.45 m相对普通路基提高了6.55 m。折线形通风管路基在第10个运营年后,路面以下4 m处-1.8℃等温线形成一个冻结区域,并在之后的5年内沿着路基横向与坡向发展。
大量工程实践表明,在寒冷山区公路建设过程中,路基阴阳坡效应对冻土区路基的稳定性具有重要影响。以甘肃省南部山区季节冻土路基为例,基于新建宕昌—迭部二级公路试验段的现场监测资料,分析了季节冻土山区公路路基阴阳面的地温和变形差异,提出针对性的两种新型防治措施——措施A(阴坡侧路基下半幅铺设10 cm厚XPS板,阳坡侧路基下半幅铺设6 cm厚XPS板)和措施B(路基下满幅+阴坡坡面铺设6 cm厚XPS板),并通过数值模拟分析了这两种措施控制路基阴阳坡效应的效果。结果表明,在甘肃南部季节冻土山区,山体遮挡作用使公路路基阴阳坡发生转换,对路基横向地温的影响不容忽视,试验段K18+180段阴坡路肩与阳坡路肩地温最大相差6℃左右,公路路基横向地温存在显著的阴阳坡效应。地温的横向差异导致公路路基土体冻深和冻胀变形的横向差异,两个试验段路基中心与阳坡路肩的最大季节冻深在第一个、第二个冻结期内均相差约0.8 m和0.9 m,K18+180段阴阳坡路肩冻胀量差值的最大值为2.8 mm,出现在春融初期。路堤高度为1.0 m、2.0 m时,措施A和措施B都能显著地减小公路路基阴阳坡温度差异,并且控制效果明显优于普...
山区高速公路,地形和地质条件复杂,不可避免地存在斜坡路基或陡坡路基。而陡坡路基易沿基底产生滑动,路基稳定性差,尤其是在多年冻土区,较大的路基横坡耦合冻融循环作用,使得路基土产生水分聚集效应,土体抗剪强度和路基整体稳定性显著降低,因此,陡坡路基设计是多年冻土区高速公路设计的关键技术问题之一。以共和至玉树高速公路工程为依托,结合陡坡路基温度场的不均匀变化规律,开展了斜坡普通填土路基、加筋路基和片块石路基的稳定性分析,优化多年冻土区陡坡路基处治设计,为类似的多年冻土区高速公路工程建设中陡坡路基处治提供一些新思路。
山区高速公路,地形和地质条件复杂,不可避免地存在斜坡路基或陡坡路基。而陡坡路基易沿基底产生滑动,路基稳定性差,尤其是在多年冻土区,较大的路基横坡耦合冻融循环作用,使得路基土产生水分聚集效应,土体抗剪强度和路基整体稳定性显著降低,因此,陡坡路基设计是多年冻土区高速公路设计的关键技术问题之一。以共和至玉树高速公路工程为依托,结合陡坡路基温度场的不均匀变化规律,开展了斜坡普通填土路基、加筋路基和片块石路基的稳定性分析,优化多年冻土区陡坡路基处治设计,为类似的多年冻土区高速公路工程建设中陡坡路基处治提供一些新思路。
最大冻结深度是季节冻土的重要指标,预测第三极地区未来最大冻结深度的变化,对于理解该区域的环境变化,指导生态保护、农牧业生产、工程建设等都具有重要意义。本研究利用基准时期(2000s)良好训练的支持向量回归模型,使用集合模拟策略,预测了2050s和2090s第三极地区在4种SSP情景下最大冻结深度的变化。结果表明,在可持续路径(SSP126)、中间路径(SSP245)、区域竞争路径(SSP370)和化石燃料为主发展路径(SSP585)情景下,不包括多年冻土退化为季节冻土的区域,相对于基准期,季节冻土的最大冻结深度到21世纪末将分别减小10.41 cm(11.69%)、24.00 cm(26.95%)、37.71 cm(42.34%)和47.71 cm(53.57%)。最大冻结深度的减小具有海拔依赖性,随着海拔的升高,最大冻结深度减小的速率变大,但是海拔超过5 000 m后,最大冻结深度减小速率逐渐减小,这与升温的海拔依赖性较为一致。最大冻结深度的变化也与生物群区有关,在4种SSP情景下,山地草地和灌木区的最大冻结深度减小速率最快,到21世纪末平均每十年分别减小1.80 cm、3.77 c...
目前,关于北京冻土的研究较为少见。利用北京北部山区汤河口国家气象站,1975—2017年的季节性冻土、气温和地温等资料,对汤河口季节性冻土与气候变化的关系进行研究。结果表明,汤河口近43年的气温有与全球变暖相反的变化趋势,0~80 cm各层地温亦均呈下降趋势。汤河口季节性冻土的变化与我国季节性冻土呈退缩趋势的结论相反,主要表现为:最大冻土深度加深,初冻日提前,解冻日延后,冻土日数增加。此外,通过突变检验发现汤河口冻土季气温在1988年左右发生突变,最大冻土深度的突变发生在2007—2009年,且突变后冻土深度呈明显的加深趋势。将全球变暖“停滞”现象加入考虑后,发现1998—2012年汤河口冻土季气温以-1.29 ℃/10 a的速率显著降低,冻土以21.893 cm/10 a的速率显著加深。近20年汤河口显著的变冷趋势可能是引起汤河口近43年冻土发展的重要原因。
通常情况下,直埋敷设于冻土层内电缆受到冻土层冻胀的径向挤压力以及由于季节融化引起的轴向拉伸力,容易产生老化等问题,降低了电缆供电线路的可靠性。对此,冻土地区的电缆直埋敷设通常要求电缆敷设在冻土层以下,相应的施工方案具有施工难度大、施工成本高等特点,且不利于施工质量把控。依托于结合湖北西部地区的一光伏电站项目建设经验,介绍一种适于冻土地区的电缆直埋敷设结构,具有可靠性高、安全性好、经济性优的特点,可为其他类似项目的设计施工提供借鉴。
高寒山区土壤碳是全球冻土碳库的重要组成部分,以溶解相从陆地侧向输出到河流是该地区土壤碳输出的重要途径,而以往研究主要集中在多年冻土区,对季节冻土区关注较少.为探讨季节冻土区河流溶解性碳的输出规律、影响因素及其作用机制,以位于青藏高原祁连山北麓黑河上游的季节冻土山区——红泥沟小流域为研究区,通过对河水中溶解性有机碳(DOC)和溶解性无机碳(DIC)浓度与通量的连续观测,结合河水中稳定同位素丰度及流域内气象、水文、地温等观测数据,发现在冻土消融前期(春末),流域出口河水中DOC和DIC浓度较高但通量较低;在冻土消融后期(夏季),河水中DOC和DIC浓度较低但通量较高;河水中DOC和DIC浓度在消融后期总体呈下降趋势,但低流量期的浓度比高流量期略有上升.研究表明:对以红泥沟小流域为代表的季节冻土山区,消融前期溶解性碳输出的主控因素仍是冻土特征及动态,但在消融后期则变为水文输入特征主控,以细粒残坡积物为主的薄层含水层和广泛发育的冻融扰动地貌也对其有重要影响,导致河流中DOC浓度高于青藏高原其他地区的报道值.
祁连山区位于青藏高原东北边缘,是亚洲水塔重要的组成部分,多年冻土的变化对生态系统和水资源平衡有着重要影响。基于青藏高原第二次综合科学考察、道路勘察钻孔点以及前人所获得的多年冻土下界资料,回归得出祁连山区多年冻土下界统计模型,借助ArcGIS平台在DEM数据的支持下,模拟出祁连山区多年冻土空间分布图。结果表明:祁连山区多年冻土分布的下界具有良好的地带性规律,表现为随经纬度增加而降低的规律;祁连山区多年冻土在空间分布上呈现出以哈拉湖为中心向四周扩散的分布格局;祁连山区总面积约为16.90×104km2,其中多年冻土面积约为8.03×104km2,占总面积约47.51%。多年冻土区与季节冻土区之间存在着有不连续多年冻土分布的过渡区,过渡区面积约1.43×104km2,占总面积约8.46%。