冻土筑路技术研究成果领先

由青海交通厅主持,青海公路设计院、冻土工程国家重点实验室共同承担的交通行业联合科技攻关项目“314国道退化性多年异冻土区路基路面修筑技术的研究（第二期）”课题,8月25日在西宁通过鉴定。在214国道鄂拉山与巴颜喀拉山约300公里路段上,海拔均在400米以上,年平均气温零下4.2摄氏度以下。     

214国道沿线的多年冻土及其工程地质条件评价

214国道位于青藏高原的东缘,1985-2012年期间的冻土勘察和地温监测资料表明,在河卡山至清水河439 km范围内的高山、滩地和沼泽化草甸地区分布着不连续和岛状多年冻土,公路实际穿越的多年冻土段累计里程约232.4 km,沿线绝大部分路段的地温高于-1.5℃,含冰量、冻土上限等多年冻土特征指标随地形、地貌变化剧烈. 在分析上述资料的基础上,从冻土热稳定性和自然环境两个因素入手,采用突变级数法建立了多年冻土工程地质条件评价模型并对214国道多年冻土工程地质条件进行了定量评价. 结果表明：214国道沿线冻土热稳定性普遍较差,自然环境多处于一般状态. 除局部少冰、多冰冻土路段以外,沿线多年冻土工程地质条件总体处于较差或恶劣状态. 与214国道病害调查资料进行比较后发现,路基病害一般发生在工程地质条件差的路段. 这表明该评价结果比较准确的反映了沿线的多年冻土工程地质条件,对于现有214国道和新建共和-玉树高速公路的运营和维护具有重要的指导意义.     

214国道不同路面形式下碎石护坡工程效果实测分析

沥青路面和水泥路面是214国道江河源段采用的两种基本路面形式,由于该路段地处高温不连续多年冻土区,碎石护坡等多种工程措施被尝试用来稳定冻土路基.对两种路面形式下碎石护坡路段的地温监测资料进行综合分析发现,碎石护坡能显著降低路基边坡坡面的年平均温度,减小路基边坡坡面温度的年较差,并对坡脚、路肩和路基中心具有从大到小的冷却...     

多年冻土区公路病害对冻土地温和含冰类型的敏感性分析

多年冻土的年平均温度和含冰类型作为表征多年冻土特征的两个基本指标,在一定程度上决定了多年冻土区公路工程所要采取的技术措施. 因此,年平均温度和含冰类型是多年冻土公路工程设计和施工中必须考虑的两个因素. 通过对青康公路国道214线沿线冻土工程地质状况调查和公路病害的分析,结合区域内气象水文等资料,研究了公路工程病害对多年冻土年平均温度和含冰类型的敏感性,查清了影响公路病害的主要因素. 研究结果为不同地温分区、不同含冰量多年冻土区公路病害防治技术措施的选择提供了科学依据,将减少或延缓多年冻土区公路病害的发生,提高工程质量,节省养护成本,保障安全运营,促进冻土区经济社会的发展.     

煤矿开采过程中的冻土环境问题与对策

冻土区矿产资源的开发,对多年冻土的影响速度快、范围广、最直接,是其他人为活动无法比拟的.特别是煤矿开采,它对多年冻土影响剧烈,使得煤矿区冻土环境更加脆弱.青海木里煤田矿区处于青藏高原阿尔金山—祁连山高寒带山地多年冻土区,是大通河上游水源涵养生态功能区,冻土生态环境较为敏感.在分析青海木里煤田矿区多年冻土分布状况与特征的基础上,从多年冻土变化和多年冻土区自然环境变化两个方面,探讨了煤矿开采过程中的冻土环境问题,并提出避免和减缓煤矿开采对冻土环境造成影响的建议与对策,以期为寒区资源合理开发利用保护提供科学依据.     

青海木里煤田冻土环境评价研究

为了评价青海木里煤田冻土环境,在分析了煤矿开采与冻土环境相互作用的基础上,建立了由冻土热稳定性、冻土冻融侵蚀敏感性和冻土生态脆弱性这三个子系统组成的木里煤田冻土环境评价指标体系,采用层次分析法(AHP法)计算了因子权重,利用文献和野外考察资料,通过权重和评价指标分级标准加权计算建立了评价等级标准并对木里煤田冻土环境进行了综合评价.结果表明: 木里煤田冻土环境质量为一般状态,冻土退化现象已经明显,冻融侵蚀现象已经出现,冻土生态环境受到影响,冻土环境已经受到干扰;评价结果客观、准确,与实际相符;AHP法应用于冻土环境评价是科学的,有效的,具有一定的推广和实用价值.     

煤矿区冻土环境评价的灰色关联投影模型

煤矿开采对多年冻土影响剧烈,使得煤矿区冻土环境非常脆弱,煤矿区冻土环境评价显得极为重要。文章基于灰色系统理论和矢量投影原理,建立了煤矿区冻土环境评价的灰色关联投影模型,将评价样本和各级评价质量标准视为矢量,分别向同一矢量(理想样本)进行投影,根据投影值的大小,确立样本所属的质量级别及样本间的优劣排序。以青海木里煤田为例,基于由冻土冻融侵蚀敏感性、冻土热稳定性和冻土生态脆弱性三个子系统组成的冻土环境评价指标体系和评价标准,采用灰色关联投影模型对冻土环境进行了综合评价。研究结果表明:木里煤田冻土环境质量为一般状态,评价结果客观、准确,与实际相符;该模型应用于煤矿区冻土环境评价是科学的、有效的,具有一定推广和实用价值。     

木里地区永久冻土层的形成及对天然气水合物的成藏影响

以青海木里天然气水合物成藏地区为研究对象,总结分析了现有木里地区永久冻土和天然气水合物的特点;基于青藏高原第四纪的气候调查相关证据和现有地质勘探资料,利用FLAC3D模拟计算永久冻土的形成过程,计算结果表明,现有的永久冻土可能形成于晚全新世新冰期(4000～3000至1000 a BP),约经历170 a的降温后形成稳...     

冻土区输电线路塔基选位的影响因素分析

青海西藏500kV直流联网输电线路工程跨越整个青藏高原,其生存环境不可避免与冻土有着紧密联系,冻土特有的冻胀、融沉特性给线路的勘测、设计、施工及后期运营带来了极大挑战。本文对取自青藏高原的原状和重塑冻土样样品进行了物理力学试验。结果表明:同种土在不同含冰量下,随含冰量的增大,则冻融特性敏感性增强;不同性质的土,在含冰量相同的情况下,颗粒越细,则冻融特性越敏感。同时,分析认为:塔基地质环境、不良冻土现象、不同地貌单元、冻土的热稳定性特征及施工作业便捷性等都是影响塔基稳定性的重要因素。     

硅藻土护坡在多年冻土地区高填土路基中的应用研究

边坡防护是提高多年冻土地区高路堤稳定性的重要措施之一. 通过室内实验给出了硅藻土在不同含水条件下冻融态的导热系数及同一含水条件下的冻融导热系数比, 证实硅藻土在100%的稳定含水条件下就可以实现较大的冻融导热系数比. 根据硅藻土的这种特性, 2003年底在214国道红土坡北侧K391 000～K391 120的范围内布设了长度120 m的硅藻土护坡试验段和无护坡措施的对比路段. 3个周期的观测资料表明, 由于硅藻土施工季节不当, 在最初的3个周期, 硅藻土表现出了较大的热阻作用, 硅藻土护坡试验段的坡面温度高于对比断面, 左坡脚位置的上限也高于对比断面. 但是在这3个周期中, 硅藻土护坡试验段正向着有利于冻土发育的趋势发展, 而对比断面却趋于恶化.     

航空电磁技术在冻土调查中的探测能力分析

准确评估冻土三维分布和阶段性变化对我国气候、水资源、生态、工程建设等方面具有重要意义.我国多年冻土大多分布在高海拔地区,利用地面物探确定多年冻土厚度具有效率低、成本高、交通不便等问题,而依据电阻率差异的航空电磁技术具有较大优势.根据青海祁连地区冻土厚度、电阻率等信息构建地电模型,并针对Aer-oTEM时间域航空电磁系统...     

青藏高原冻结粉质黏土直剪蠕变特性试验研究

针对青海-西藏±500 kV直流联网输电线路工程塔基基础设计问题,在青藏高原五道梁处取地表粉质黏土,制备不同含水率、不同密实度的重塑土样,在-2 ℃条件下进行了直剪蠕变试验。结果表明,冻结粉质黏土剪切蠕变曲线除了在个别较高应力下具有加速蠕变阶段外,大多数蠕变曲线只有非稳定蠕变和稳定蠕变2个阶段,表现为衰减型蠕变。通过长期强度方程计算出冻土长期强度衰减值。冻结粉质黏土长期强度与含水率、密实度密切相关：在含水率较低情况下,冻土长期强度随含水率的增加较为明显,之后随含水率的增加,冻土长期强度逐渐降低;相同含水率情况下,密实度大的冻土长期强度较高。     

祁连山冻土区天然气水合物科学钻探工程概况

2008～2009年,中国地质调查局组织中国地质科学院矿产资源研究所、勘探技术研究所、青海煤炭地质105勘探队等单位,在祁连山木里地区实施“祁连山冻土区天然气水合物科学钻探工程”,迄今共完成DK-1、DK-2、DK-3和DK-4 4个钻探试验井,总进尺2059.13m,并在井深133~396m区间钻获多层天然气水合物,取得了找矿工作的重大突破,证实中国冻土区存在规模巨大的天然气水合物潜在能源。祁连山冻土区天然气水合物具有埋深浅、冻土层薄、气体组分复杂、以热解气为主等特征,应是一种新类型的水合物。初步研发集成出一套冻土区天然气水合物调查方法、钻探施工工艺和配套装备,为下一步的调查研究奠定了基础。     

国道219线新-藏公路改建工程地质灾害评价

国道219线新-藏区界至红土达坂路段全长109．55km。大部分路段穿越湖盆槽谷中央部位，部分线路沿湖盆边缘台地布设，海拔高度介于5000-5400m之间，地势平坦开阔，多年冻土发育，工程地质条件较差；现有公路路基高度低，几乎没有排水设施。冬季易产生路基冻胀和涎流冰危害，春、夏季因冻土融化，常引起路基沉陷和翻浆，严重危害公路运输安全甚至阻断交通。公路工程修建活动将极大地改变冻土环境，使天然状态下的水分循环发生改变，导致多年冻土退化，上限加深，进一步诱发冻胀、融沉、热融滑塌等冻土灾害，加剧风沙灾害、诱发公路边坡失稳破坏。在即将进行的公路改、扩建工程中，应采取保护冻土的设计原则，优选线路，加强侧向排水，合理设置取弃土场。     

基于综合调查的西昆仑山典型区多年冻土分布研究

西昆仑山位于青藏高原西北部,地势起伏大,气候干旱严寒.为了解其多年冻土分布状况,以219国道大红柳滩到奇台达坂之间的沿线区域作为西昆仑山典型区,以野外冻土钻探、坑探、物探为主要调查手段,综合分析该区域多年冻土分布的下界.对现场调查数据的初步分析表明,该区域多年冻土阳坡下界在海拔4 800m,阴坡下界在海拔4 650m,东西坡下界在海拔4 700m.依据上述冻土下界的分布规律,以数字高程模型为基础,通过ArcGIS软件建立了西昆仑山典型区的多年冻土分布模型,实现了对研究区域多年冻土分布的模拟.对该区域的研究结果表明:典型区内多年冻土的分布面积为3 136.3km2,占区域总面积的89.4%.结果与青藏高原冻土图在该区域的截图相比,多年冻土的面积略有增加.对比分析模拟图和截图后发现,基于实际调查的多年冻土模拟分布图更准确的描述了河谷的融区,而截图的多年冻土分布界限较为粗糙,缩小了喀喇喀什河支沟融区,人为放大了219国道大红柳滩到奇台达坂之间的宽谷融区.     

多年冻土区桥梁工程钻孔灌注桩温度场研究

针对多年冻土区钻孔灌注桩施工中混凝土水化热对冻土温度扰动问题,以青藏公路214沿线查拉坪旱桥桩基为实例,结合桩基施工完成后现场地温观测数据,进行了钻孔灌注桩水化热对桩周土体温度的影响研究,并分析桩周土回冻过程中地温场的变化规律.结果表明：混凝土水化热对距桩0.6 m与0.9 m处冻土温度影响较大.距桩2 m的测温孔温度曲线受混凝土水化热的影响较小,可以忽略.桩基施工完成后33天后桩侧开始出现负温,119天后桩侧各土层均降至负温,134天后桩侧土形成稳定冻土,201天后桩侧各土层温度与天然孔较接近.     

祁连山冻土区天然气水合物及其基本特征

2008年11月5日, 由中国地质科学院矿产资源研究所、勘探技术研究所和青海煤炭地质局105勘探队施工的“祁连山冻土区天然气水合物科学钻探工程”DK-1孔取得重大突破, 成功钻获天然气水合物实物样品。这是我国冻土区首次钻获并检测出的天然气水合物实物样品, 也是世界上第一次在中低纬度高原冻土区发现的天然气水合物, 具有重要的科学、经济和环境意义。目前钻获的天然气水合物均产于冻土层之下, 产出深度133~396 m, 其层位属于中侏罗统江仓组。水合物以薄层状、片状、团块状赋存于粉砂岩、泥岩、油页岩的裂隙中, 或以浸染状赋存于细粉砂岩的孔隙中。祁连山冻土区天然气水合物具有埋深浅、冻土层 薄、气体组分复杂、以煤层气为主等特征, 应是一种新类型水合物。     

连云港至霍尔果斯高等级公路全线建成

2004年10月8日,交通部副部长黄先耀在连云港宣布,经过14年分段建设,全长4395 km、横贯我国东中西部的国道主干线--连云港至霍尔果斯高等级公路全线建成。汽车从连云港出发到霍尔果斯所需时间,由14年前的15天缩短到现在的50个小时。 连霍国道主干线通达江苏、安徽、河南、陕西、甘肃和新疆6个省区,辐射山东、山西、宁夏、青海等8个省区,是我国建成的首条横贯东西的高等级公路,是全国"五纵七横"国道干线公路网中最重要的一条,也是国际"新丝绸之路"的组成部分。     

青海南部冻土区天然气水合物成藏控制因素

基于开心岭和乌丽地区天然气水合物钻探试验井相关资料,在天然气水合物含油气系统理论的指导下,对青海南部冻土区天然气水合物的形成要素进行了分析。研究表明:青海南部冻土区具备较好的形成水合物的温度压力条件,冻土平均厚度达84m,连续稳定发育的冻土层可作为水合物天然的盖层;冻土层下平均地温梯度2.03℃/100m,甲烷水合物稳定带计算值为240~450m;那益雄组煤系烃源岩广泛发育、厚度大、TOC含量高且处于高-过成熟阶段,可以作为良好的烃源岩;区内褶皱、断层、裂隙发育,相互连通后不仅可以为流体提供高效的运移通道,还能为水合物提供良好的储集空间。钻探实践表明:研究区具有良好的天然气水合物勘探前景,天然气的来源及气体的运移-聚集是其成藏的关键控制因素,并形成以裂缝型天然气水合物为主的水合物矿藏。此外,青藏高原冻土层的发育深刻影响了天然气水合物的形成和保存,其与水合物含油气系统各要素在空间上的配置,共同控制了水合物的形成和分布。     

青藏冻结粉土与玻璃钢接触面本构模型研究

冻土与构筑物基础接触面的本构模型是分析冻土区构筑物与冻土相互作用、评价工程安全稳定性的基础和关键.为了降低切向冻胀力对基础的上拔作用,防止发生冻拔失稳破坏,青海-西藏±400 kV直流联网工程基础广泛采用玻璃钢覆盖基础表面,以消减冻胀力.为了合理描述玻璃钢与冻土接触面力学特性,采用应变直剪仪开展了青藏冻结粉土与玻璃钢基础接触面直剪试验,获取了不同冻结温度条件下接触面剪应力-位移曲线,分析总结了接触面的强度变化规律和受力变形特性,基于试验得到的接触面本构规律建立了耦合温度效应的冻结粉土与玻璃钢基础接触面剪切应力-位移关系.模型预测结果与试验结果的比较表明,预测结果与试验结果吻合良好,该模型能够较好的描述接触面的力学特性.