为了保证高寒地区分散居民埋地供水管道不冻结，防止周围冻土因管道散热而融化，造成埋地管道下沉损坏，使用U型管作为伴热管，考察其防冻保温效果。通过数值分析方法研究了U型伴热管对输水管和冻土层温度的影响。结果表明，U型伴热管伴热保温效果良好，在所研究的参数范围内，U型伴热管的进出口温差最大约为8℃，最小约为1℃。以管道长度为50 m和120 m的数值模拟数据为基础，通过U型伴热管去程和回程温差，预测U型伴热管出口处温度降到冰点以下时对应的输水管道长度分别为587 m和638 m。最后拟合得到了冻土层的最高温度关联式，通过此关联式可以获得不同的U型伴热管进口温度和进口流速的极限值，从而保证冻土层不被融化。

为探讨热管最佳工况，搭建了适用于多年冻土区的氨-钢热管试验台。通过监测热管内部轴向、外壁的温度分布以及外壁面的热流密度变化，在负温条件下开展了不同充液率（20%、30%、40%）和倾角（10°、30°、50°、70°、90°）对热管传热性能影响的试验。试验结果表明：在三种充液率下，热管处于10°倾角时均温性最佳；充液率为30%和40%的热管倾角50°时总热阻最小、传热效率最高，充液率为20%条件下热管的总热阻和传热效率在倾角30°时分别达到极小值和最高值。总体而言，充液率为30%的热管具有最佳传热表现。

针对多年冻土区机场跑道特点及飞行区的特殊要求，提出斜插L型热管+保温板温控技术方案。首先，对工业纯铝、Q235碳素钢及304不锈钢3种不同材质热管的降温效果进行了实验对比，实验结果表明：工业纯铝热管的降温效果最佳。其次，采用纯铝材质L型热管针对蒸发段坡角、热管弯折角、保温板厚度及保温板埋深对道基温控的影响程度进行了实验分析，实验结果表明：在10°～45°范围内，蒸发段坡角越大,降温效果越好，在梯度比定量指标下，蒸发段坡角取25°可同时满足降温效果和经济性最优化；热管弯折角对降温幅度影响较小，同一埋深下，温差范围在0.1℃～0.3℃，弯折角取120°；2 cm厚度保温板的土层回温率最大，3 cm和5 cm厚度保温板的土层回温率较为接近，8 cm厚度保温板土层回温率最小，综合考虑保温效果和经济性，取3 cm厚度的保温板；保温板距上覆碎石层10、20、30 cm不同埋深下，10 cm埋深的土层回温率较20 cm和30 cm埋深的土层回温率分别高0.02%～0.71%和0.65%～1.71%,20 cm埋深的土层回温率较30 cm埋深的土层回温率高0.62%～1.62%,30 cm埋深的保温效...

现有的路基冻胀防控措施局限于填料改良、水分控制和隔热保温，仅能延缓季节冻土区路基冻胀发展以及削弱冻胀变形程度，缺乏有效性和主动性。本文基于主动地温控制的理念，结合季节冻土区铁路路基特征，提出了一种由太阳能供电、压缩机做功和浅层地热能利用组合的主动供热方法，在冬季为路基主动供热以补偿过度热量损失，进而消除冻胀。基于主动供热方法，研发了实现该方法的人工供热管，并构建了相应的理论计算模型。试验结果表明，人工供热管的散热管能够在较短时间内达到较高的恒定温度，其间歇运行模式有利于集热管周围地层地热能的补给，同时对散热管管壁温度影响较小。散热管管壁与周围地层的热交换效应使得地层温度快速上升，并能够维持在较高的恒定温度，有效补偿了冬季地层的过度热量损失。在粗粒土地层中，人工供热管的有效供热半径大于1.0 m，与季节冻土区铁路路基冻结深度具有较高的匹配度，验证了人工供热管在季节冻土区铁路路基中应用的可行性。

随着工程建设标准的提高及全球气候的增温,热管降温措施在近十余年来被广泛应用于多年冻土区的铁路、公路等工程中。冷却半径作为反映热管措施效果的关键指标,在理论和实践上给予了大量研究,基本掌握了影响热管冷却半径的大致范围。但是由于工程地质条件的复杂性、热管结构参数的多样性、年平均气温的差异性,以及评价季节的差异,对热管冷却半径的认识还有一定差异。同时,当前关于热管冷却半径的评价,多侧重于冬季,且评价标准不明确。采用热管措施的出发点是提高地基的承载力,下一步关于热管冷却半径的研究需要从最不利的季节入手,并结合地温和承载力的关系,进一步明确多年冻土区热管冷却半径的评价标准。

为保护青藏高原多年冻土区宽幅路基或高等级路基中心下冻土热稳定性,提出了利用路基中间隔离带安装热管的措施.根据青藏高原多年冻土区宽幅路基或高等级公路实际的气温和地质条件,对近20年的数据进行了模拟分析.结果表明:在年平均气温为-4.0℃的青藏高原多年冻土区,考虑未来50年气温上升2.6℃的条件下,在路基中间隔离带安装热管能够有效抬升路基中心下人为冻土上限,确保高温多年冻土区宽幅路基或高等级路基的热稳定性.

为了研究多年冻土区高速公路热管路基的制冷效果及适用范围,建立热管路基水热计算模型,分析不同条件下的热管路基冻土人为上限深度和热稳定状态,并将路基高度、年平均气温、气温年较差3个因素形成组合进行热管的适用范围分析。研究结果表明:对于气温年较差为12℃的冻土区,高度为4 m的热管路基适用于年平均气温低于-5.5℃的区域,高度为3m的热管路基适用于年平均气温低于-5.8℃的区域;对于青藏高原大部分地区,在15 a的运营期限内,高速公路热管路基具有一定的局限性,其服役期限内不能保持路基稳定性;但对于风火山地区,采用高度为3 m的热管路基可以保证工程稳定性。

多年冻土区路基防护技术是冻土科研人员长期研究的重点,普通重力式热管作为主动防护技术之一,在青藏铁路、青藏公路的路基病害防治中起到了重要作用。本文基于多年冻土区现场试验,对研发的新型直埋式制冷装置与普通重力式热管的制冷效果进行对比分析。结果表明:直埋式制冷装置可以弥补普通重力式热管在暖季不能工作的缺陷,能在暖季和寒季同时带走活动层中的热量,增加冷储量,有效保护多年冻土。在活动层中,直埋式制冷装置比普通重力式热管的侧壁月均地温在寒季和暖季分别低0.68℃、0.19℃;在多年冻土层中在暖季低0.23℃。分别在暖季和寒季,直埋式制冷装置的积温是普通重力式热管积温的1.3倍和1.2倍。直埋式制冷装置比普通重力式热管对活动层的制冷效果更优。

多年冻土区路基防护技术是冻土科研人员长期研究的重点。基于多年冻土区现场试验,对研发的新型机械式制冷热管与普通热管的制冷效果进行对比分析。结果表明:(1)机械式制冷热管可以弥补普通热管在暖季不能工作的缺陷,能在暖季和寒季同时带走活动层中的热量,增加冷储量,有效保护多年冻土;(2)分别在寒季和暖季,机械式制冷热管比普通热管的侧壁温度在活动层中低2. 77～0. 39℃、1. 22～0. 13℃,在多年冻土层2. 0～6. 0 m深度范围中低3. 24～0. 52℃、0. 55～0. 12℃,机械式制冷热管年均温度比普通热管年均温度在活动层和多年冻土层中均低0. 74℃;(3)分别在暖季和寒季,机械式制冷热管的积温是普通热管积温的1. 4倍～2. 1倍、1. 4倍～1. 8倍,机械式制冷热管的年积温是普通热管年积温的1. 9倍。研究成果可为新型机械式制冷热管技术在多年冻土热稳定维护中的应用提供理论依据。

在青藏高原风火山多年冻土试验场,对太阳能制冷装置与热管制冷装置用于维护多年冻土地基热稳定的效果进行现场对比试验。结果表明:在同等试验条件下,太阳能制冷装置显现出了较强的工作性能和制冷效果;太阳能制冷装置能够以多年冻土区丰富的太阳光照为热源动力,使制冷装置不分季节全时段工作,特别是在暖季,能够有效阻止环境温度对多年冻土地基的热侵蚀;太阳能制冷装置的年均地温降低幅度比热管制冷装置的大0.57～0.96℃,制冷影响半径比热管制冷装置的大0.13～0.87m,实际制冷量为热管制冷装置制冷量的1.97倍。