物探技术在我国多年冻土勘测中的应用

现代物探技术在冻土勘查和研究中始终发挥着重要的作用.40a来通过不断努力,我国冻土物探事业的发展历经了从无到有、从手段简单到方式多样、单一物探参数到多参数反映冻土诸多特征的发展历程.通过物探手段在不断提高冻土类型识别和划分精度等方面均取得了长足的进步,现已成为我国多年冻土勘察、动态监测、变化规律认识和环境工程地质评价等研究中的关键手段之一.文章分别就地球物理勘测方法在我国寒区中的应用、研究、现状,国际开展相关的研究内容和我国在相关研究领域中的地位、存在问题及今后发展方向等方面进行了概括论述。     

严谨求实 不断创新——中国科学院青藏铁路重大项目2002年年会记实

中国科学院知识创新工程重大项目“青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应”2002年年会于2002年12月23～27日在兰州召开.来自中国科学院寒区旱区环境与工程研究所、铁道第一勘测设计院、中国气象局国家气候中心、同济大学、北京理工大学、中国矿业大学、中国科学院武汉岩土研究所、中国科学院工程热物理研究所、中国科学院高原生物研究所、甘肃省气象局、青海省气象局等十余家科研机构的160位有关项目的科研人员参加了大会,其中有64篇研究论文进行了大会交流.     

寒区大坝心墙土料冬季冻融与防控监测

两河口水电站是雅砻江干流规划开发中的中游控制性龙头电站,大坝为300米级砾石土心墙堆石坝。由于地处川西高原气候区,冬季气候寒冷干燥,大坝心墙土料填筑过程中面临着冻融问题的困扰。基于一个完整冬季的现场监测,系统分析了这一寒区大坝心墙建筑过程中砾石土、接触黏土土料温度变化规律、冻融特征与影响因素以及现有保温措施防冻效果。结果表明,无保温措施条件下,砾石土、接触黏土均出现了负温冻结现象,其中砾石土最大冻结深度达20 cm,接触黏土达14 cm,土料冻结持续时间不超过1个昼夜,为短时冻土。土料降温冻结过程以与外界大气对流换热过程为主,受气温、风速条件影响显著,波动范围较大,而升温融化过程以太阳辐射增温过程为主,与有效辐射起始时间密切相关,因此波动范围较小。监测期内,采用三布两膜保温材料覆盖可有效防止心墙土料冻结的发生,有、无保温材料覆盖条件下浅层土料最低温度可相差约5℃。结合监测结果和现场实际,建议将现有心墙防渗土料半幅填筑方式转换为全幅填筑,并研发轻质、憎水保温材料及其快速收放机械设备,以提高填筑作业进度、强化防冻效果。系统完整的现场实测结果,可为未来寒区水电大坝建设提供基础数据和参考。     

探地雷达在多年冻土区正演模型研究及应用

通过探地雷达在多年冻土区的应用条件的分析,结合正演模拟和实例勘察,对比分析探地雷达对多年冻土区厚层地下冰的分布、埋藏深度、赋存情况以及对冻土类型的识别的有效性。研究结果表明,厚层地下冰与周围地质体存在巨大的介电常数差异,雷达波的相位特征、振幅大小、反射波和反射波组都出现较大的不同,使得探地雷达能有效地勘察厚层地下冰的各种特征;同时,对不同类型的冻土,因冰晶体的赋存情况及分布不同,结合坑探、钻探等其他地质勘察手段,也能有效地区分。     

论库姆塔格沙漠羽毛状断裂的成因 ——“八一泉运动”及其与青藏高原隆升、 气候变化的关系

通过野外调查和同位素测年, 讨论了库姆塔格沙漠羽毛状断裂的形成与"八一泉运动"有关, 纠正了前人所说的八一泉雅丹下部褶皱断裂地层属上新世地层的传统概念, 实际上是早更新世湖相地层于中更新世晚期因发生八一泉构造运动形成的褶皱断裂的变形地层带. 所称的上新世地层实际是中更新世晚期的变形地层, 这也是227 ka BP左右的"八一泉运动"的证据, 讨论了它在青藏高原的隆升过程中的特殊阶段, 及其对青藏高原以北地区气候环境的影响, 重新建立了青藏高原隆升与冰期、 间冰期气候变化的序列, 并首次探讨了与中国东部冰缘期的对比问题.     

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.     

基于移动网格技术的热融湖动态演化过程数值模拟

基于移动网格技术建立了热融湖动态演化有限元数值模型, 研究了青藏高原多年冻土区典型热融湖动态演化过程, 分析了热融湖半径、深度的变化过程及其对湖底及周围多年冻土温度状况的影响. 结果表明:在移动边界热融湖模型中, 热融湖半径以0.7 m·a^-1的速度近线性地增大; 随着下伏高含冰量冻土的融化, 热融湖深度增加先慢后快, 最后逐渐减小趋于稳定. 热融湖深度和半径从5月末至翌年1月末增加显著, 在2-5月间基本保持稳定. 伴随着热融湖的扩展, 地表边界逐渐演变为湖底边界, 热融湖的热影响范围逐渐增大. 在固定边界热融湖模型中, 其热影响会逐渐趋于稳定, 由于初始尺寸大, 其湖底多年冻土退化速率大于移动边界模型, 而远离湖边的多年冻土退化速率要小于移动边界模型. 如果不考虑热融湖边界随时间的变化, 可能会高估热融湖对湖底多年冻土的热影响, 而低估其对附近多年冻土的热影响.     

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.     

物探技术在多年冻土探测方面的应用

在青藏高原东部温泉地区对多年冻土厚度探测进行了试验研究,总结出一套可行的用于探测0～100 m范围内多年冻土分布及厚度的探测方法:选用探地雷达及瞬变电磁测深法分别对冻土上限及冻土下限进行探测,探地雷达分辨率高,能够有效解决地下0～5 m范围内多年冻土是否存在及上限埋深情况,而瞬变电磁测深法能有效解决地下5～100 m范围内的多年冻土下限埋深情况。     

青藏粉土-玻璃钢接触面力学特性直剪试验研究

青藏直流±400 kV输变电工程中采用表面光滑的玻璃钢覆盖基础表面,以减少切向冻胀力对基础的冻拔作用。过去的研究鲜有涉及土体特别是冻土与玻璃钢基础接触面的力学特性,为指导冻土区基础设计和安全评价,采用应变直剪仪开展了多种含水率和温度条件下青藏粉土-玻璃钢接触面直剪试验研究。结果表明,青藏粉土-玻璃钢接触面屈服时相应剪切位移很小,应变硬化阶段短暂或不显著;冻结状态下接触面应力-位移性状呈脆性破坏型,存在明显峰值;融化状态时接触面的剪应力-位移性状呈塑性破坏型,其应力-位移关系曲线为弱软化型和屈服型,没有明显峰值;融化状态时接触面抗剪强度值随含水率的增加而缓慢减小,冻结状态时其强度随负温绝对值和含水率的增加而增大,且随着土体含水率的增大,温度降低导致接触面抗剪强度增强效果更加显著,土体含水率大于19%后抗剪强度趋于稳定;温度对抗剪强度的影响主要体现于黏聚力的改变,且随着含水率的增加,温度影响增强。接触面内摩擦角随负温绝对值增加而减小,随含水率的增加而减小。