中国天山西部那拉提山地区多年冻土分布特征

那拉提山位于中国天山西部, 其冻土变化过程对区域自然环境变化、 工程活动产生重要互馈作用. 结合即将修建的新疆伊(宁)-库(车)输电线路前期的冻土勘察结果, 对那拉提山地区冻土分布特性、 主要影响因素等进行了探讨. 结果表明: 那拉提山地区冻土分布属于典型的山地多年冻土, 冻土发育区域、 冻土类型和地下冰空间发育特征及冻土温度状况等主要受到海拔、 地形地貌、 地表水分条件等因素的影响和控制. 同时, 该地区大量发育有泥流阶地、 泥流舌、 热融滑塌、 石环、 石河等冰缘现象. 受坡向、 植被、 水分等因素影响, 区域内冻土活动层厚度为0.7~4.5 m, 随着海拔增加, 冻土厚度由阳坡连续多年冻土下界(海拔3 000 m)附近的约20~22 m增加到海拔3 300 m附近的约70~100 m. 自1985年以来, 区域年平均气温上升(约0.088℃·a^-1), 该区域内的冻土退化趋势明显.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川东支能量-物质平衡模拟研究

基于天山乌鲁木齐河源1号冰川东支海拔4025 m处自动气象站的观测数据和同期物质平衡花杆观测数据,采用COSIMA模型,对该冰川东支2018年消融期单点能量-物质平衡进行了模拟.结果显示:物质平衡模拟值为(-0.67±0.03)m w.e.,与实测值有非常好的一致性,相关系数达0.96.造成冰川消融的能量来源于净短波辐...     

1991-2008年天山乌鲁木齐河源区多年冻土的变化

天山乌鲁木齐河源多年冻土变化的研究,对于揭示气候变暖背景下,天山多年冻土对气候变化的响应以及由多年冻土变化引起的植被土壤演化、水文变化具有重要意义.对1991以来河源区海拔3500m左右的气温、降水、地温观测数据进行综合分析,结果表明:河源区的活动层呈逐渐增厚趋势,最大活动层厚度出现在2007年,达到1.60m,较1992年增加了0.35m;多年冻土活动层的变化与河源区夏半年(5-10月)的水热状况密切相关,活动层厚度随融化指数、夏半年降水量的增加而增大.多年冻土年变化深度由1993年的10m增加到12m左右;年平均地温上升明显,由1993年的-1.6℃上升到2008年的-1.0℃.年变化层以下的温度,均有不同程度的上升,年均增温速率随深度的增加而减小,推断长期持续的气候变暖是导致乌鲁木齐河源区多年冻土升温的主要驱动力.估算2008年的多年冻土下限深度约为86.8m,较1992年减小了7.7m,河源区多年冻土很可能正在发生自下而上的迅速退化.     

冰缘地区岩质斜坡冻融侵蚀时空分异特征与产屑率研究

新疆天山地区是我国高海拔、高纬度、大温差典型代表冰缘山区,本文基于气象水文站及现场监测获取的大气温度和降水变化规律,建立了天山地区冻融侵蚀强度评价模型,结合野外三维激光扫描观测结果初步探讨了冻融侵蚀时空分异规律对岩体产屑率的影响。研究结果表明:(1)大气温度、岩体结构、降水量、坡度、地震烈度和坡向等因素对冻融侵蚀强度的贡献值依次减小。(2)天山地区冻融侵蚀下界海拔约为2600~2900 m,冻融侵蚀的空间分布具有明显的垂直分带性和纬度坡降性,时间上具有明显的季节变化特征,融化和冻结交替时大气温度在冻融侵蚀基准线0 ℃上下波动频繁,冻融侵蚀最为强烈。(3)溜砂坡形成过程被划分为岩体冻融侵蚀产屑、岩屑运移和堆积3个阶段;花岗岩(硬岩)、砂岩(中硬岩)和千枚岩(软岩)斜坡产屑率随冻融侵蚀评价指数增加而增加,随岩石冻融系数增加而减小,建立不同岩性斜坡产屑率与冻融侵蚀强度和岩石冻融系数的定量关系式。该成果可以为冰缘山区岩体冻融侵蚀理论研究、工程建设及防灾减灾提供参考。     

乌鲁木齐河源1号冰川积累区表面雪层演化成冰过程的观测研究

根据天山乌鲁木齐河源1号冰川积累区海拔4 130 m处28个月,每周1次的连续雪层剖面观测,分析研究了雪层厚度、雪层中的污化层、冰片和各种粒雪随时间的演变过程.结果表明:雪层中各种要素的演变受水热条件的影响而呈现明显的季节特征.根据温度、融水渗浸程度及雪层剖面的变化程度,我们将其分成冬季稳定期、夏季剧变期和春秋季波动期分别进行了分析.此外,还对雪层年限与年成冰量等进行了专门讨论.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川对夏季0 ℃层高度变化的响应

采用1971-2000年乌鲁木齐河源1号冰川周围4个探空站逐日0 ℃层高度探测资料, 用距离倒数的加权平均得到1号冰川的夏季0 ℃层高度, 并与1号冰川观测资料进行对比, 定性与定量分析了30 a来夏季0 ℃层平均高度变化和冰川观测量的变化趋势及之间的关系. 结果表明: 1971-2000年的30 a里1号冰川夏季0 ℃层高度呈增高趋势, 1990年代呈陡升趋势, 与1号冰川的零平衡海拔高度、消融区面积、 纯物质消融量和融水径流深4个量具有很好的一致性, 为正相关;而与积累区面积、纯积累量、纯物质平衡总量、纯物质平衡值4个量反位相同步变化, 为负相关, 说明天山乌鲁木齐河源1号冰川对自由大气夏季0 ℃层高度具有非常好的响应. 随着全球变暖加剧, 天山山区对流层中下层均显著变暖, 夏季0 ℃层高度升高, 天山乌鲁木齐河源1号冰川消融加快. 1990年代夏季0 ℃层高度陡升, 进而1号冰川出现了最大的物质负平衡.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川中真核微生物多样性分布及时空变化研究

通过变性梯度凝胶电泳(DGGE),对天山乌鲁木齐河源1号冰川不同海拔表层雪及雪坑雪中真核微生物的多样性进行比较分析,并结合δ18O结果,探讨了天山乌鲁木齐河源1号冰川雪中真核微生物多样性分布及其时空特征.结果表明:天山乌鲁木齐河源1号冰川真核微生物分属于Viridiplantae,Fungi,Amoebozoa和Alveolata四大类,藻类为主要类群,且均为衣藻.序列比对结果显示,人类活动已明显影响到冰川中微生物的分布.同时,研究发现真核微生物多样性与海拔及雪样积累时间均呈负相关,与δ18O值呈正相关,表明温度是造成这种多样性分布时空变化的主要因素,暗示真核微生物同δ18O值一样,可作为气候环境变化的指标.     

青藏高原东北部冬给措纳湖湖区冰缘环境探讨

冬给措纳湖位于青藏高原多年冻土区东北部,湖区高寒沼泽、冰缘环境、冻土分布及其演化在全球气候变暖条件下,有其自身特点.为探讨冬给措纳湖湖区冻土分布及冰缘环境,2009年5月9—26日,对冬给措纳湖进行了考察,发现冻融草丘、冻胀丘遗迹、寒冻裂缝、热融洼地、古冻融褶皱等现代冰缘及古冰缘现象在湖区普遍存在.湖东、西岸的沼泽湿地中,热喀斯特发育明显,形成热融洼地和冻融草丘.湖北岸阶地及草场中存在零星和岛状冻土,经钎探表明,当时融化深度为0.3～0.8m,0.4m深度处冻土有胶结冰发育.湖东冲积平原的沼泽湿地中,冻融草丘和热融洼地存在;冻胀丘遗迹、寒冻裂缝在沼泽湿地边缘泥炭覆盖地存在.湖北岸二级阶地剖面发现古冻融褶皱.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川大气气溶胶的微观形貌及元素组成分析

为研究冰川区大气气溶胶单颗粒物的物理化学特征,使用带能谱的扫描电镜(SEM-EDX)对2007年在天山乌鲁木齐河源1号冰川东支积累区海拔4 130m(86°49′E,43°06′N)处采集的38个气溶胶样品中的38 861个单颗粒物进行了微观形貌和元素组成的分析.结果表明:天山乌鲁木齐河源1号冰川区大气气溶胶主要以粒径在0.6～2.5μm之间的不规则的非圆形矿物颗粒为主,其中以富含Si、Ca的粘土矿物颗粒为主,与人类活动密切相关的含S颗粒物及烟尘飞灰等含量较少.这与其它沙尘源区的气溶胶特征相似,其中含Ca颗粒多于其它沙尘源区,主要受西风带的影响.气团轨迹显示,来自于西面中亚地区的高空气流影响了1号冰川区的大气环境,表明天山乌鲁木齐河源1号冰川区的气溶胶主要代表了中亚沙尘源区对流层中上部大气的本底状况.     

五台山冰缘地貌植物群落多样性分析

采用双向指示种分析法(TWINSPAN),将五台山7个冰缘地貌的植物群落划分为13个群丛.不同冰缘地貌植物群落类型的组成多样性有明显差异,根据13个群丛在不同冰缘地貌的分布状况,可区分为共有性群丛和专有性群丛.运用丰富度指数、物种多样性指数和均匀度指数对五台山7个冰缘地貌的综合群落多样性指数变化进行了分析,依据不同冰缘地貌植物群落综合多样性指数的大小排序,依次为冻融草丘石海石环冻融剥蚀面石河岩柱泥流坡坎和泥流舌.冰缘地貌的海拔、土层厚度、水分热量是影响植物群落植物种多样性指数变化的主要因素.     

深部膨胀性黏土层冻结温度场的分布与冻胀力形成规律

防止冻结管断裂是深部膨胀性黏土层在冻结壁形成过程中的一项亟待解决的课题。针对淮南矿区某矿副井深部膨胀性黏土层, 通过热力耦合计算分析, 研究了其冻结温度场分布与冻胀力形成规律。结果表明： 冻结152天、 236天时, 黏土层冻结壁平均温度分别为-14.42 ℃、 -16.58 ℃, 细砂层冻结壁平均温度分别为-15.86 ℃、 -17.32 ℃, 黏土层冻结壁平均温度比同时期细砂层高1.44 ℃、 0.74 ℃。黏土层冻结壁平均厚度分别为8.92 m、 10.25 m, 细砂层冻结壁平均厚度分别为9.54 m、 10.77 m, 黏土层冻结壁平均厚度比同时期细砂层小0.62 m、 0.56 m。细砂较膨胀性黏土易于冻结。冻结90天时, 黏土层外、 中、 内圈三圈冻结管平均冻胀力约为同时期细砂层的1.1倍。冻结151天时, 黏土层三圈冻结管围成的冻结壁内平均冻胀力均达到初始地应力的81.1%, 是同时期细砂层的1.16倍。冻结236天时, 细砂层内圈管的冻胀力为3.91 MPa, 比中圈管3.72 MPa大了5.11%, 而黏土层内圈管的冻胀力为4.81 MPa, 比中圈管4.74 MPa大了1.48%。黏土层三圈冻结管围成的冻结壁内平均冻胀力均达到初始地应力的88.6%, 是同时期细砂层的1.28倍。深部膨胀性黏土层及与细砂层界面处冻胀力均存在显著的不均匀性, 最大冻胀力的主要位置与实际工程中掘进时的断管处基本对应, 不均匀冻胀力是造成冻结管断裂的重要原因。     

盐分与压实度对盐渍土起始冻胀含水率的影响

季冻区盐渍土冻胀病害影响工程质量。水分、密度及盐分的变化影响季冻土冻胀特性。以吉林省农安县旱地盐渍土为研究对象,通过室内冻胀实验讨论了含水率、压实度、含盐量对盐渍土冻胀规律的影响,分析起始冻胀含水率随盐分和压实度的变化规律。试验研究表明:较大的压实度和较高的含水率有利于冻胀。土体在较低含水率和较低压实度时发生冻缩,随着含水率和压实度的增大,冻缩量减小至零,随后发生冻胀,冻胀（缩）量与含水率基本呈线性关系。因此,存在起始冻胀含水率,该值随着压实度的增大而线性减小,随含盐量的增加而整体呈增大趋势。塑限与压实度对盐渍土起始冻胀含水率的影响可以拟合出相应线性公式,随着含盐量增加,该公式的系数整体呈增大趋势。在前人总结出的公式基础上增加压实度这一参数,为后续季冻区盐渍土的冻胀特性研究提供参考与理论依据。     

渠道刚性衬砌层(板)冻胀受力试验与防冻胀破坏研究

对渠道受冻胀时其刚性衬砌层(板)受冻胀力的情况进行了室内模型测试试验, 结果表明: 其边坡衬砌层(板)所受的冻胀力是平行于该衬砌层(板)的切向冻胀力, 该力大小及正负与渠床土含水量沿渠道横断面高度的分布直接相关. 另外, 渠道边坡衬砌层(板)和其下冻土层之间冻结约束的存在与否是边坡衬砌层(板)会不会受冻胀力的必要条件, 若此约束存在, 则可能受冻胀力, 若此约束不存在(被解除), 则其不可能受冻胀力. 从对试验结果的分析中, 还找到了造成渠道刚性衬砌层(板)冻胀破坏的最终原因, 并据此提出了一些针对性很强的防治渠道冻胀破坏的方法.     

秸秆加筋粉土的冻胀特性研究

粉土在中国分布广泛,工程中大量涉及,常表现为冻胀敏感性,在冻土地区工程建设中需重点考虑其冻胀特性。为减少粉土冻胀对工程的影响,基于环保的理念,以防腐处理后的麦秸秆作为加筋材料,将其切断后随机掺入粉土中;并对粉土和秸秆加筋粉土试样分别进行了开敞系统下的一维冻胀试验,重点研究了秸秆掺量和长度对粉土冻胀特性的影响。结果表明：秸秆加筋对粉土的冻胀有明显的抑制作用,少量的掺加（0.2%、0.4%）可将接近强冻胀的粉土改良为弱冻胀或不冻胀;在其他条件相同的情况下,试验范围内粉土的冻胀率随秸秆掺量的增加而线性增大,但总体远小于未改良土;秸秆掺量一定时,存在最优秸秆长度,在该长度下,秸秆加筋粉土的冻胀变形量和冻胀率均最小。     

多年冻土区输电线路冻融灾害防控研究

随着我国冻土区输电线路的不断建设,冻土问题日益引起人们的关注,如何正确处理多年冻土与输电线路工程的关系,已成为输电线路建设的关键问题之一. 文中主要就多年冻土区输电线路建设所遇到的冻融灾害以及相应对策进行了分析和讨论. 相对于公路和铁路,输电线路基础均为埋入式基础,对冻土扰动强烈、传热作用突出. 输电线路属于点线工程,在线路选线和设计阶段,通过输电线路选线、塔基类型的合理确定,可在很大程度上避免或减少冻融灾害的产生. 在选择塔基类型时应重视冻拔作用对塔基稳定性的影响. 输电线路基础为明挖基础时,施工周期和时间的选择、施工过程的控制等对减少热扰动作用明显. 随着工程同步进行的冻土基础监测,对输电线路塔基稳定性分析、工程合理转序、运营维护都具有重要意义. 输电线路建设中的冻土问题在不同建设阶段,防控重点均有所不同,只有全面把握,才能科学应对.     

青海北部高含盐细砂冻胀特性研究

为研究盐分含量和含水量对青海北部高饱和盐渍砂土冻胀特性的影响,为高盐含量地区道路设计和施工提供理论依据及参考,通过对含盐量和含水量不同的盐渍砂土进行冻胀试验,开展了对高含盐饱和细砂土的冻胀特性的试验研究,得到了含水量及含盐量对砂土冻胀量的影响规律,发现含盐细砂的起胀温度受含水量的影响不大,而主要取决于含盐量。当含盐量为5%时,起胀温度最高,然后随含盐量的增加而降低。冻胀率随着温度的降低而升高。含盐量相同时,土样的冻胀率随含水率的增加呈“S”型递增趋势。在含水量固定情况下,含盐量小于5%时,冻胀率与含盐量成正比;含盐量大于5%时,冻胀率与含盐量成反比。可用多项式拟合出冻胀率随不同含水率、含盐量的变化规律。     

哈大高铁路基面冻胀变形特征及工程意义

路基面冻胀量是影响寒区高铁路基在冬季安全运营的关键性指标之一,也是协调轨面变形和判断扣件系统安全储备量的直观因素之一。根据哈大高铁沈阳至哈尔滨段开通运营后的前两个冻融期路肩冻胀量数据及其评估结果,认为现有的冻胀观测结果评估和预测方法对路基面整体冻胀量估计不足,在长期变形预测中并未考虑到一旦地基和基床固结完成时产生的冻胀量对路基和轨面变形的影响。结合哈大线实测路基面冻胀量数据,探讨了观测结果的合理性及应用的方法。分析表明：现在所测得的路肩处路基面的冻胀量只是名义冻胀量,较实际冻胀量要小,简单应用此数据从长远来看偏于危险;考虑到路基面上不同构件在环境条件下的组合效应,单独使用路肩处冻胀量来评估整体路基变形特征存在不足。因此在预测和评估长期路基面冻胀变形时,需结合观测数据和实际工况进行全面合理的分析,以提高路基工后变形和季节性变形预测的可靠度。     

水汽补给下砂土水分迁移规律及冻胀特性研究

利用自主研发的水分迁移和冻胀试验装备,研究了不同初始含水率、冷端温度、干密度对砂土水分迁移规律的影响,分析了三因素作用下砂土水平冻胀力和冻胀量的变化规律,确定了冻结锋面位置。研究表明：初始含水率和冷端温度对砂土的水分迁移和冻胀效果影响明显;初始含水率从0%增加至10%,试样含水率峰值增大了5.00倍,水平冻胀力和冻胀量不断增大,冻结锋面位置上移至2.5 cm高度处。冷端温度从?5 ℃降低至?15 ℃,试样含水率峰值增大了4.38倍,水平冻胀力和冻胀量不断增大,冻结锋面位置上移至2.6 cm高度处。干密度对试样水分迁移和冻胀特性影响相对不明显,整体呈现出在较小干密度下,试样含水率、水平冻胀力和冻胀量增幅稍大的趋势,冻结锋面集中在2.2～2.5 cm高度处。针对不同影响因素提出了水平冻胀力和冻胀量预测公式,为认识水汽补给下砂土水分迁移规律及合理预防冻胀提供参考。     

季节冻土区高速铁路路基冻胀监测系统及冻胀规律研究

季节冻土区修建高速铁路的主要问题是路基冻胀. 依托我国东北、华北多个高速铁路路基冻胀监测工作实践,研究了一套冻胀监测系统的构建方法并成功应用于哈齐客专、大西客专、牡绥线等路基冻胀监测工作中. 综合监测成果,对高速铁路路基冻胀规律进行了分析,对冻胀原因进行了总结. 结果表明：冻胀监测系统应充分考虑严寒、低温、高速条件下,利用先进传感器及物联网技术来实现各子系统集成;季节冻土区铁路路基冻胀存在一定规律可循,季节冻土区铁路路基冻胀不可避免但是可控. 填料质量是防冻胀控制的根本,施工质量过程管控是基础保障.