多年冻土地区铁路路堤北坡和南坡热状况差异分析

Based on the observational data at Beiluhe test site of Qinghai-Tibetan Railway, the difference of thermal state between south faced and north faced slope was analyzed. The results indicated that the mean annual ground temperature at the depth of 0. 5m on south faced slope was higher than that on north faced slope by over 3 ℃. The higher temperature on south faced slope was greatly attributed to the high temperature during winter time. This kind of difference in thermal state may result in asymmetric thermal regime in embankment as well as in underlying soil. As a result, the unevenly transverse deformation may appear.     

不同下垫面对多年冻土浅层热状况的影响分析

近年来在气候变化和人类活动影响下, 青藏高原地表状况发生了大规模的改变, 并引发了多年冻土的退化, 给寒区环境与工程产生一系列不良影响. 而多年冻土作为地气系统相互作用的产物, 其变化主要取决于地气系统能量交换的方向. 应用青藏高原实地观测资料, 对不同地表状况下多年冻土浅层热状况进行了分析. 结果表明: 下垫面的改变对多年冻土区能量平衡状况产生明显影响. 在天然状态下地表能量收支基本保持平衡, 冻土变化也比较缓慢;而在下垫面改变特别是天然地表遭破坏后, 原有的能量平衡发生改变, 从而引起多年冻土的变化. 覆盖度较高的植被暖季能够阻止部分热量进入土层, 降低地表温度;而在冷季则能减少土层热量散发, 有助于保持地表温度. 植被的存在有利于保持多年冻土的稳定. 黑色薄膜覆盖能够增加地表吸收的太阳辐射, 并减少地表蒸发耗热, 造成地表吸热量大于放热量. 透明薄膜的"温室效应"可以有效地防止地表长波辐射的散发, 减少表层土壤热量的消耗, 从而引起地表温度的显著升高.     

热棒技术加强高原冻土区路基热稳定性的应用研究

热棒是传热效率很高的热导装置，适合于增强青藏高原多年冻土区建筑物地基的热稳定性，介绍了青藏高原多年冻土区内某试验路基中使用热棒的一些基本情况，分析了热棒的工作状态和制冷作用半径，并针对不同的气候情况对路基本体和路基基底的地温场分布状况变化进行了对比分析。结果发现，使用热棒后经过1a时间，路基基底的冷储量得到了显的增加，在路基工程中使用热棒保护冻土和增强路基热稳定性是成功有效的，最后对热棒路基的设计参数提出了一些建议。     

青藏高原冻土区路面类型对路基温度场影响的非线性分析

采用焓模型, 建立含相变的冻土路基温度场, 综合考虑气温、太阳辐射、风速风向、坡面蒸发等气象因素, 将诸多气象因素归结为第二、三类边界条件的叠加组合, 对不同气温地区的沥青路面及水泥路面路基温度场进行了有限元计算. 结果表明: 路面类型对冻土路基温度场有着重要影响, 水泥路面的采用可有效地降低路面温度, 延缓冻土上限下降速率, 从而可以有效保护基底多年冻土; 从对基底冻土上限影响的角度来看, 路面类型、外部气温与路基高度三者间存在一定的动态等效关系.     

保温处理措施在多年冻土区道路工程中的应用

阐述了保温处理措施保护多年冻土的原理, 认为保温材料下部地温年变幅的减小是保温处理措施保护多年冻土上限下降的主要效果. 青藏公路昆仑山越岭地段保温处理试验路段路基、路肩及天然地表下的地温观测资料证实, 保温处理处理措施并不能改变因修筑路基而引起的路基吸热趋势, 但是保温处理后浅层地温下降; 地温年变幅明显减小, 多年冻土上限比无保温处理路段高. 青藏铁路北麓河试验段保温处理试验路段半年的观测资料表明, 保温层上下面温度存在巨大差异, 充分体现了保温材料的热阻效应, 可望大幅度减小保温材料下部地温的年变幅, 起到保护或延缓多年冻土融化的效果.     

青藏铁路主要冻土路基工程热稳定性及主要冻融灾害

在介绍青藏高原多年冻土退化背景及其工程影响的基础上,通过主要冻土路基现场监测和沿线调查,对青藏铁路冻土路基2002年以来的地温发展过程、热学稳定性及次生冻融灾害进行了分析。结果表明：青藏铁路自2006年通车后冻土路基整体稳定,列车运行速度达100 km/h,达到设计要求,但不同结构路基的热学稳定性不同,采取＂主动冷却＂方法的路基稳定性显著优于传统普通填土路基。管道通风路基、遮阳棚路基及U型块石路基冷却下伏多年冻土的效果显著,块石基底路基左右侧对称性较差,而处于强烈退化冻土区和高温冻土区的普通路基热稳定性差,需结合路基所在区域局地气候因素予以调整或补强。以热融性、冻胀性及冻融性灾害为主的次生冻融灾害对路基稳定性存在潜在危害,主要表现为路基沉陷、掩埋、侧向热侵蚀等,其中目前最为严重的病害是以路桥过渡段沉降为代表的热融性灾害。     

青藏高原北麓河地区原状多年冻土导热系数的试验研究

取自青藏高原北麓河试验段的原状冻土, 利用 QL-30 热物性分析仪测定原状冻土的导热系数. 结果表明: 原状冻土和重塑土的导热系数变化规律存在着较大差别. 对于浅部冻土层, 气体体积含量和含冰量是影响原状冻土导热系数的控制因素; 而对于地下冰层, 冰是控制其导热系数的最重要因素, 气体体积含量的大小也对其导热系数有影响. 对于深部强 全风化泥岩, 气体体积含量控制着它的导热系数的大小.     

多年冻土区路桥过渡段一种新结构的试验观测与分析

基于保护多年冻土的原则,通过对一般地区过渡段设置方法的改进,得到了一种用于青藏铁路清水河地区的新型式路桥过渡段的设置方法.通过对过渡段的沉降和热状况的现场监测,分析了过渡段沉降变形和热状况的变化规律,并对采用的设置方法所产生的实际效果进行了评价.     

黑河源区高山草甸的冻土及水文过程初步研究

介绍了黑河源区野牛沟流域在试验点尺度和山坡尺度上所开展的冻土水文过程初步结果.冻土水文观测场建于最大冻结深度约为3.0 m的季节冻土区,近50 a来,该区降水量变化不大,器测蒸发量(Φ20)和风速呈明显的降低趋势,而气温和地表温度则分别上升约1.0℃和1.7℃.研究区季节冻土冻结上限和下限深度均与地表温度呈二次多项式关系,这表明地表温度与冻结或融化区地温变化之间有一个滞后过程.在地表融化季节,季节冻土存在两层现象.当融化深度接近最大冻结深度时,存在向上和向下的双向融化现象,但自下而上融化速率较慢.2005年9月-2006年9月,具有较高代表性的3个山坡径流场均没有观测到产流量,结合蒸散发观测和野外调查,发现夏季高山草甸具有明显的地表径流拦蓄和水源涵养作用.COUP模型能够较好的连续演算试验场生长季节高山草甸-季节冻土-大气-维水热传输和耦合过程,但因其土壤完全冻结临界温度阀值设置偏高,影响了非生长季节的计算精度.     

祁连山冻土区含天然气水合物层段岩心热模拟实验研究

以热模拟实验为手段,对祁连山冻土区DK-2和DK-3孔含天然气水合物层段岩心(泥岩、油页岩和煤)热模拟烃类气体的组分、碳同位素组成与天然气水合物进行对比,以探寻这些气源岩与天然气水合物气源之间的可能联系。实验结果显示：低温(300 ℃以下)条件下,产生的气体以非烃CO₂为主,烃类气体含量少,且泥岩产生烃类气体量<油页岩产生烃类气体量<煤产生烃类气体量,表现出不同岩石吸附气体的差异性特征;随着热模拟温度增加,产生的烃类气体量明显增加,至500 ℃时达到最高,相反CO₂产气量变化不大;随热模拟温度增加,泥岩、油页岩、煤所产生烃类气体的碳同位素值呈现先变轻后变重的演化趋势和δ¹³C₁ ＜δ¹³C₂＜δ¹³C₃的正碳同位素序列特征;泥岩在350~400 ℃条件下或油页岩在380~400 ℃条件下所产生的烃类气体在组成和同位素特征上与天然气水合物中烃类气体较为相似,推测天然气水合物气源与深部泥岩或油页岩具有地球化学成生联系,相反煤产生的烃类气体虽然在组成上与天然气水合物中烃类气体较为相近,但两者同位素值相差较远,推测煤与天然气水合物气源关系不大。