青藏高原多年冻土退化及铁路路基工程热稳定性

青藏高原未来50a地表气温可能增高2.2～2.6℃,以高温、高含冰量冻土为特色的多年冻土区将延续退化的趋势,因此青藏铁路多年冻土区路基工程建设和维护必须采用冷却路基的原则,变传统消极被动保温为积极主动降温以维护路基热稳定性。为降低或消除工程建设及气候变暖造成的路基下多年冻土融化,目前青藏铁路实施的调控对流、调控传导和调控辐射的工程措施,基本上达到了保持或促进路基下伏多年冻土的效果。数值模拟结果表明路基工程建设和补强措施基本可以应对气候转暖的不良影响,但部分措施还需要进一步优化或组合。     

青藏高原多年冻土区热喀斯特湖环境及水文学效应研究

结合国际冻土研究的热点问题和青藏高原脆弱生态环境可持续发展的需求,针对多年冻土退化过程中趋于加剧的热喀斯特现象,及其因融穿冻土、造成区域地下水位的改变而诱发的生态环境影响,在国家自然科学基金重点项目支持下开展"青藏高原多年冻土区热喀斯特湖环境及水文学效应"研究。项目主要通过遥感分析及野外调查,分析气候变化和工程活动影响下的青藏工程走廊内热喀斯湖时空分布规律,评价其生态环境效应;选取热喀斯湖广泛发育区域,调查其发育条件、规模和几何分布特点,揭示典型热喀斯特湖影响因素变化、水热状况等,通过水文学、同位素示踪试验等阐明热喀斯特湖与地下水之间的转换关系;结合抽水疏干试验进行热喀斯特湖对区域地下水位影响分析,并通过数值模型及模拟,依热喀斯特湖发育不同阶段、规模,分析其对区域冻土、水文条件及生态环境的影响。研究成果将有助于区域性冻土生态环境演化准确评价及趋势预测,以及深入理解诸如江河源多年冻土区水文状况演化影响因素,及其相应的生态环境响应机制。     

多年冻土区姜路岭隧道施工水热力数值研究

姜路岭隧道地处青藏高原多年冻土地区,其高海拔、高寒、缺氧环境下多年冻土及软弱大变形围岩的公路隧道设计施工技术属国内乃至亚洲首例,也是共（和）玉（树）高速公路重难点控制性工程。为研究姜路岭隧道施工过程中的水热力（变形）状态及其演变,采用冻土工程水热力耦合计算理论及数值仿真程序,模拟了该隧道三个关键施工步骤的水热力分布规律,以此提出了隧道修建过程中的重点监测位置及注意事项。研究成果可为姜路岭多年冻土隧道的设计施工提供理论指导和技术支持,进而为类似寒区隧道工程的设计和施工提供参考依据。     

酸碱污染Q3黄土的一维压缩特征试验研究

随着黄土地区工业化和城镇化的不断发展,工业废水和生活污水中酸、碱以及pH值发生改变的雨水对土壤的污染问题日渐突出,地基土体受污染后在地表建筑物荷载的作用下会发生不同程度的二次沉降次生灾害。为研究酸碱污染对Q3黄土在不同压力区间内压缩指标的变化特征,对经过不同浓度污染后的土样进行标准固结试验。试验结果表明,对比孔隙水为蒸馏水的工况,酸污染土的总变形量增大,且最大压缩变形压力段下降;碱污染土的总变形量减小,且最大压缩变形压力段上升;土样经过酸污染后压缩系数增大,中压缩性变为高压缩性,但碱污染后的压缩系数却有不同程度的降低;酸污染土的压缩系数、压缩模量、体积压缩系数和压缩指数等压缩指标在小于400 kPa的中、低压力区间更敏感,碱污染土在大于400 kPa的高压力区更敏感。在该基础上对侧限条件下的应力?应变关系进行分析,发现在不同污染情况下污染黄土的应力?应变曲线较好的符合Guanry关系。     

人工冻结梁构件中不同加筋作用的对比试验研究

考虑土层冻结构件中冻结管的加筋作用,对于增加冻结构件强度,减小变形量,提高人工冻结支护工程经济效益有重要作用。为研究冻结管对人工冻结构件的加筋作用,通过淤泥质粘土人工冻结梁构件三点弯试验,获得了各级载荷下构件的位移值。根据对冻土梁加筋与否,构件特定力学响应的比较,完成了冻结管加筋作用的量化分析。     

青藏工程走廊热融湖塘水理化特性分析

为查明青藏工程走廊热融湖塘水理化特性及其理化特性与湖塘分布之间的关系,选取青藏工程走廊楚玛尔河至风火山段为研究区域,沿青藏公路从北向南依次选取19个热融湖塘进行水深、面积等几何特征调研并取水样,进行阴阳离子等理化参数测定。分析了热融湖塘水的理化特性,并结合调研资料探讨了热融湖塘理化特性与区域环境及湖塘分布之间的相关性。结果表明在3个研究亚区湖的水理化特性有较大差别,楚玛尔河高平原从北向南湖水矿化度逐渐升高,水质由淡水向咸水再到强咸水过渡,主要与该区域"碟"状湖的分布特征和寒旱多风及蒸发量大有关;可可西里山区和北麓河盆地的湖水矿化度较低,水质以弱咸水或淡水为主。这两个亚区湖较深,地形以丘陵盆地为主,降低了湖面的蒸发量。     

青藏高原多年冻土区热喀斯特湖水文特征及环境效应

全面认识热喀斯特湖水文过程的季节变化特征是准确评估其生态环境效应的关键。以青藏高原典型热喀斯特湖为例, 基于2018—2020年水文气象要素的野外观测及计算, 分析热喀斯特湖的水文特征及产生的环境效应。研究结果表明: ①春季降水补给热喀斯特湖, 迅速升高湖塘水位, 其中湖塘的储水量与湖塘水位之间存在较好的幂函数关系; ②湖面年均蒸发量和湖冰年均升华量分别可达738 mm和198 mm, 受温度升高的影响, 未来有增多的可能; ③热喀斯特湖水中离子质量浓度在暖季初期和后期较高, 冷季湖冰形成过程中自净作用和地球化学过程的影响使各离子表现出不同的迁移机制。受局地因素的影响, 热喀斯特湖的水文要素呈明显的季节变化特征, 水文循环过程会引起多年冻土退化、湖岸坍塌后退、水环境恶化、温室气体释放、土壤盐渍化、植被退化等, 未来研究需对整个高原地区热喀斯特湖的环境效应进行全面评估。     

季节性冻土区高速铁路换填路基冻结特征的有限元分析

运用土壤冻结融化条件下热传导的基本方程和数值理论方法,结合哈大客运专线具体工程,通过模拟分析在不同的路基高度、几何断面选型、填料选择和施工、竣工季节条件下,对比分析了换填路基结构不同部位的季节性最大冻结深度在今后50a内随着时间在全球升温的背景趋势下的变化规律。通过分析并讨论换填路基的热状况特征及其分布变化规律,在数值模拟结果的基础上,结合季节性冻土区高速铁路无碴轨道路基结构的特点,总结并提出了较为合理的换填路基高度、几何结构形式选型、路基填料的选择分类以及路基施工和竣工季节,并通过以上结果分析评价了换填后路基的整体热稳定性。     

三轴应力条件下上海灰色粘土的CT细观试验研究

采用CT实时实验对上海灰色粘土在三轴应力条件下的特性进行系统的实验研究。研究结果表明，上海灰色粘土的变形有两种形式，一是以均匀性变形为主，二是以局部变形为主。在三轴应力条件下后者细观变形基本上分为三个阶段：微裂纹萌生轻微发展阶段、局部变形快速发展阶段和软化破坏阶段。粘土具有初始各向异性，变形也是各向异性的。     

我国季节性冻土区公路路基冻害及其防治研究进展

近年来,季节性冻土区公路路基冻害研究已取得了长足的进步,但是,因受气候、环境、冻融循环等不同因素的影响,季节性冻土区公路路基冻害问题依然突出.随着国家公路规划网的逐步实施,将有更多的公路工程向季节性冻土区推进,为了将已有的研究成果更好地应用于工程实践,需对其进行综合评述.基于前期的研究基础,总结我国季节性冻土区公路路基冻害的主要破坏形式及分布区域,讨论影响路基冻害的几个主要因素,分析和总结已有公路路基冻害防治措施的研究现状,提出季节性冻土区公路工程面临的问题和研究建议,为深化季节性冻土区公路路基冻害及其防治研究提供新思路.