青藏高原气候暖湿化加剧了多年冻土退化速率，影响公路、铁路等基础设施稳定性。热棒技术具有主动单向降温特点，已广泛应用于我国青藏高原和东北部的多年冻土地区。现有研究多采用数值仿真或钻孔测温方式分析热棒技术的降温效果，随着地球物理探测技术的发展，探地雷达技术为冻土工程领域提供了一种连续且无损的新研究方法。本文以青藏公路沱沱河至唐古拉山垭口段为研究区，采用探地雷达技术研究热棒技术对路基的降温效果。在道路病害调查的基础上，选取双侧单排直插热棒路基、单侧单排斜插热棒路基和相邻未处治冻土路基三处典型路段，采用探地雷达技术探测分析路基结构损伤和下伏冻土分布情况，结合现场考察评价不同热棒布设方式对冻土路基降温效果的影响。结果表明降温效果：双侧单排直插热棒路基>单侧单排斜插热棒路基>未处治路基。双侧单排直插热棒路基下伏多年冻土层分布具有良好的连续性，与路侧天然地表相比冻土上限提升0.47 m，其上路基结构完整；单侧单排斜插热棒路基下伏多年冻土层连续性一般，冻土上限与路侧天然地表相比较为接近，其上路基结构存在结构疏松和裂隙区域；未处治路基下伏多年冻土层分布连续性较差，冻土退化明显，冻土上限较路侧...
基于高温不稳定多年冻土区保温护道路段地温监测数据，分析了天然场地及左右路肩下地温、年平均地层温度、热收支及多年冻土上限变化等，探讨了气候变暖及阴阳坡效应下路基不同位置不同深度热状态变化特性及其与天然场地的差异。结果表明：左右路肩阴阳坡效应显著，左路肩下多年冻土最大融化深度为右路肩的2倍，最大融化深度降低速率为右路肩的5倍，且左路肩下多年冻土上限下降速率为右路肩的1.5倍；右路肩处在阴坡且保温护道可能对其多年冻土维持稳定起到了一定积极作用，抬升了其人为冻土上限并减缓了上限下降速率。不同位置年平均地层温度均呈上升趋势，且增长速率随深度逐渐降低，然而左路肩的路基与天然场地交界面附近温度增长速率大于2.5 m深度处，表明此特殊位置土层在多因素作用下可能受到更强的热扰动影响。一般情况下，冻土吸热放热量均随深度降低逐渐减少，但多年冻土上限处在0℃等温线的特殊位置，可能出现吸热量突然增大的现象；多年冻土上限处由于深度较深，热收支增长速率已不受阴阳坡效应影响，该断面左路肩多年冻土上限处年平均热收支为右路肩的2.92倍，但其热收支增长速率几乎相等。
为评价青藏公路沿线多年冻土区高寒草甸和人工种植植物固土护坡力学贡献，本研究选取位于青藏公路沿线北麓河地区一处热融滑塌灾害作为研究区。以原生草甸(主要植物种为嵩草（Carex myosuroides Vill.）和藏嵩草（Kobresia tibetica Maxim.）)和人工种植垂穗披碱草（Elymus nutans Griseb.）、星星草(Puccinellia tenuiflora（Griseb.）Scribn.&Merr.)、冰草(Agropyron cristatum（L.）Gaertn.)、早熟禾（Poa annua L.）、碱茅(Puccinellia distans（L.）Parl.)和中华羊茅（Festuca sinensis Keng ex S.L.Lu）等6种生长期为1 a草本为研究对象，通过开展室内原状根-土复合体剪切试验，探讨了草本根系增强热融滑塌型边坡体抗剪强度作用贡献，并采用静力平衡法对该热融滑塌型边坡稳定性进行了评价。主要得到如下结果：通过室内洗根试验得到根-土复合体试样平均含根量由高至低依次为原生草甸(33.33 mg·cm-3
在多年冻土区，道路工程会对周边的多年冻土产生热影响，但不同地表条件下的多年冻土对道路热影响的反馈差异尚不完全清楚。本研究基于青藏公路沿线两处监测场地的多年冻土监测数据，研究了不同地表条件下青藏公路对多年冻土的热影响差异。结果表明，青藏公路对多年冻土的热影响因地表条件的不同而存在差异。与植被覆盖率较高的监测场地相比，在植被覆盖率较低的监测场地，其多年冻土年平均地温更高、多年冻土活动层厚度更大，且青藏公路对多年冻土的水平热影响范围也相对更大。此外，在植被覆盖率较低的监测场地最靠近坡脚的位置处，由于地表条件的不同，其浅层土壤更易受到外界扰动，导致该位置浅层土壤与外界的热交换特征迥异于其他监测位置，这可能也是导致两处监测场地多年冻土的热状态存在差异的原因。目前，青藏工程走廊内各线性工程密布，工程间的相互影响及其与多年冻土间的关系已成为必须考虑的问题。本研究工作对于青藏高原多年冻土区工程走廊内线性工程之间的合理间距设定，以及即将建设的青藏高速公路双向路基间的合理距离设计都可提供参考，以达到减少工程热扰动，保障工程安全运营的目的。
针对多年冻土力学参数测试难题，采用旁压原位试验对青藏公路沱沱河至唐古拉山北麓段粉土和粉质黏土进行了现场测试，结果表明：多年冻土力学性质与土质、冻土类型、温度以及加压时间有关。该地区低含冰量粉质黏土极限压力为1.5～2.5 MPa,旁压模量为15～20 MPa;高含冰量粉质黏土极限压力为2.5～3.5 MPa,旁压模量为20～35 MPa;低含冰量粉土极限压力为1.5～3.0 MPa,旁压模量为15～35 MPa;高含冰量粉土极限压力为3.0～4.0 MPa,旁压模量为35～60 MPa。
冻土的冻融变化对寒区道路路基和路面等的修建具有重要影响。由于寒区地面观测数据较少,因此需发展基于遥感的高分辨率冻土分布估算模型。中国新一代高分五号卫星（GF-5）搭载的全谱段成像光谱仪有4个40m空间分辨率的热红外波段,为高空间分辨率的地表温度反演提供了可能。以青藏公路典型路段作为研究区,采用劈窗算法,利用GF-5热红外数据反演地表温度,并将结果与同期的MODIS地表温度产品和站点实测数据进行了比较。结果表明,该方法反演出的地表温度与实测结果的平均误差为-2.34℃,相关系数为0.86,表明结果具有较好的精度。以遥感地表温度作为输入,基于TTOP模型计算出了研究区的冻土分布图,得出研究区现状多年冻土面积为0.963×10～4 km2、季节性冻土面积为2.543×10～4 km2,与已有研究给出的研究区冻土分布图结果较为接近,表明建立的冻土分布反演模型具有可靠性和进一步应用的潜力。此外,还基于Stefan公式计算了研究区2018年～2019年的季节性冻土最大冻结深度和多年冻土活动层厚度,结果表明研究区内多年冻土活动层厚度在11cm～260cm之...
通过对G109青藏公路进行调查研究,多年冻土地区挖方边坡不良地质作用主要为冻融引起的边坡失稳及坡面变形,以及开挖引起边坡水及地下水汇集造成涎流冰。经对多年冻土区影响路基稳定性因素分析,提出将路基挖方边坡防护作为一项系统工程来处理,探索多年冻土区路基挖方边坡设计及施工的有效措施。
本文通过对于国道G109线(青藏公路)路段的公路工程概况和该地区的自然地质条件的调查结果的分析,以及青藏公路涵洞使用状况调查方法与调查结果的探讨,在此基础上论述了多年冻土区涵洞破损类型与特征,并对其发生的深层次原因进行了较为详尽的总结,提出针对多年冻土地区涵洞破坏原因,应从4个方面入手,采取措施进行病害防治:减小工程对多年冻土的热扰动;消除或削弱季节活动层的冻胀和融沉;增强涵洞结构抵抗和适应冻融变形的能力;消除或减小涵底渗流。
多年冻土区活动层冻融格局对气候系统、能量平衡、水文过程和生态系统有重要的影响,地表冻融时间是反映冻融格局时空变化的重要指标。为了探明多年冻土区活动层起始冻融时间的影响因素和机制,通过对青藏公路沿线8个典型活动层观测场地表起始融化时间(OOT)和起始冻结时间(OOF)进行研究,分析了不同观测场起始冻融时间的时空差异及其影响因素。结果表明:(1)青藏高原多年冻土区活动层起始融化主要发生在4月中下旬,起始冻结主要发生在10月中下旬。OOT的年际变化幅度远大于OOF,每年起始冻结的发生较起始融化更为准时。(2)起始融化发生时的气温普遍比起始冻结发生时高1～4℃。气温对OOT的影响要比对OOF大,其中OOT的变化主要与春季气温有关,冬季气温对其影响不大。(3)植被和土壤水分对OOT和OOF有重要调节作用,土壤含水率越高,植被状况越好,起始融化和冻结的发生时间往往越迟。(4)在起始融化和冻结阶段,厚度较大和持续时间较长的积雪对地温变化有明显的抑制作用,对OOT和OOF有延迟作用。
土壤热通量是地表能量平衡的重要分量,其估算方案在研究地表能量平衡研究中必不可少。利用青藏公路沿线5个站点0～20 cm的实测土壤层温、湿度及5 cm土壤热通量资料,以翁笃鸣气候学计算方案为基础建立了优化的5 cm土壤热通量计算方案。通过唐古拉和西大滩两个独立站点的检验结果表明,优化方案的结果相对于原方案有较大的改善,唐古拉和西大滩5 cm土壤热通量均方根误差值分别减小了3.2 W·m-2和4.8 W·m-2,而相对误差分别减小了61.9%和36.1%,即新方案能够较好地估算出青藏公路沿线多年冻土区5 cm土壤热通量。使用优化方案模拟了青藏公路沿线11个站点5 cm土壤热通量变化,结果显示,近十年青藏公路沿线土壤热通量呈现出增大的趋势,其中,5 cm土壤热通量增大了近1.0 W·m-2,而且各观测场的年平均土壤热通量值均大于0.0 W·m-2,表明就年尺度而言,热量有盈余,盈余热量用于加热下层土壤,引起活动层厚度增加,平均状况下土壤热通量每增大1.0 W·m-2,活动层厚度增大约...