气候变暖条件下,中(高)亚洲地区不稳定型冻土的巨大挑战和创新解决方案:——来自首届亚洲冻土大会及会后青藏高原考察的总结报告

首届亚洲冻土大会于2006年8月5~16日在兰州、青藏线和拉萨顺利召开.大会讨论主要包括以下5个议题:1)冻土工程;2)山区和高原冻融灾害及冰缘环境;3)冰冻圈的气候与环境条件;4)冻土水文、寒区水资源及土地利用,和;5)冻土监测、制图及模拟.国内论文大多集中于青藏铁路各种科技创新和工程(示范)建设方面.中亚冻土分类、制图和监测研讨会明确了制定统一的中亚地区冻土图的计划和实施方案.会议期间,国内主要新闻媒体对全球15位著名冻土学家进行了联合采访.大约80位中外代表参加了青藏(公)铁路沿线考察,并于8月15日在拉萨举行青藏铁路工程和环境问题讨论会.专家一致认为,青藏铁路所采取的冻土工程措施基本上是恰当、有效的,能够保证青藏铁路路基的长期稳定性.但是,沿线寒区环境保护问题还任重道远,需要尽快进行综合管(治)理,以达到青藏地区社会经济和谐、持续发展的目标.     

青藏高原热喀斯特湖演化及其对多年冻土的热影响模型计算研究北大核心CSCD

青藏高原热喀斯特湖分布广泛,近年来在气候变暖背景下快速发展。热喀斯特湖的形成和发展与地下冰含量及气候变化有着密切关系,强烈影响多年冻土的热稳定性。为了更深入理解在气候变暖背景下热喀斯特湖的发展及其对下伏多年冻土的影响,以青藏高原北麓河地区一个典型热喀斯特湖的长期监测数据为资料,发展了耦合大气—湖塘—冻土三个过程要素的一维热传导模型,模拟了四种不同深度热喀斯特湖在气候变暖背景下的发展规律及其对多年冻土的热影响。结果表明:浅湖(<1.0m)在目前稳定气候背景下处于较稳定状态,湖冰能够回冻至湖底,对下伏多年冻土影响较小;较深湖塘(≥1.0m)冬季不能回冻至湖底,湖深不断增加,且底部在50年内将会形成不同深度的融区。随着气候变暖,热喀斯特湖的热效应显著,深度快速增加,较深湖塘的最大湖冰厚度减小,底部多年冻土快速融化形成开放融区。研究将有助于理解气候变化对青藏高原多年冻土区地貌演化及水文过程的影响。     

青藏高原暖季与冷季气温的时空演变分析

;利用1974—2003年青藏高原地区海拔高度>3000 m以上的49个气象站月平均气温,分析了暖季与冷季气温的时空演变特征。结果表明,青藏高原暖季气温的空间分布可以分为三部分:大致在85°E以西的高原西部地区,大致以85°E和33°N为界的高原东北部地区和高原东南部地区;西部高温区、柴达木盆地高温区和藏南高温带很明显。冷季气温的空间分布基本上为南暖北冷,南北分界大约在32°N。青藏高原暖、冷季气温空间分布有较一致的年代际变暖现象,主要表现在北部地区,尤其是西北部地区。青藏高原北部暖季升温明显,五道梁站暖季长期升温趋势为0.035℃/a;青藏高原南部冷季升温明显,拉萨站冷季长期升温趋势达0.060℃/a。青藏高原暖、冷季气温为大体一致的年际变化,江河源区有明显的高值区,为气温变化的关键区;暖、冷季气温长期变化趋势虽然都是上升的,但近10年的变化趋势却相反,暖季为降温趋势,冷季为明显的增温趋势。     

块石层与碎石层降温效果室内试验研究

多年冻土区道路病害主要是由路基下多年冻土融化下沉引起，降低路基土体温度、保护冻土是连续多年冻土区的主要建筑原则．通过室内试验研究了在边界温度周期性波动及一定风速条件下块石层和碎石层的降温效果．结果表明：在负温及正温期结束时，块石层中温度沿深度方向是单调变化的，而在碎石层中是非单调变化的；正温结束时，块石层孔隙中的空气温度比块石表面温度低；一定厚度的块石层和碎石层均具有明显的降温效果，在相同边界条件下，平均粒径约7cm的碎石层的降温效果比平均粒径约为22cm的块石层好。因此，选择降温层的最佳粒径及厚度对实际工程具有重要意义。     

冻结管对人工冻结构件加筋作用的试验研究及数值模拟

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,并运用MARC软件中的加筋单元进行了对应的有限元计算. 根据对冻土梁加筋与否,构件特定力学响应的比较分析,揭示了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,减小变形量及对提高人工冻结支护工程经济效益的重要作用. 同时,通过物理试验和数值模拟试验的对比,验证了应用MARC软件进行类似计算的可靠性.     

多年冻土区热融滑塌型滑坡稳定性评价方法

Landslide of thaw-slumping in permafrost regions of the Qinghai-Tibet Plateau is studied in this paper. Thaw-slumping belongs to shallow landslide with small depth-length ratio. Therefore the infinite slope analysis method is available to be applied in the stability analysis. Considering identical seepage directions to slope surface, we deduced analytical expressions of safety factor according to the effective stress principle and plotted stability analysis chart of slopes with dry or fully saturated soils.Taking an example of landslide of thaw-slumping at the mileage of K3035 of the Qinghai-Tibet Highway, we evaluated the analytical expressions.     

冻土工程国家重点实验室第三届学术委员会第二次会议在兰州召开

中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室第三届学术委员会第二次会议于2002年4月17—18日在兰州召开.来自全国各地的14名委员就实验室科研、管理、人才培养工作进行了认真地研究讨论,并于会间听取了程国栋院士等做的关于青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应的学术报告.     

循环冻融对冻土路基护坡块石物理力学特性的影响

选用铺设于青藏铁路护坡、护道的碎屑岩、泥岩和砂岩3种岩石进行循环冻融试验。研究了在循环冻融条件下的破坏方式,并通过RSM-SY5数字声波仪对岩石进行超声波无损检测;根据不同冻融周期超声波波速变化,计算分析了循环冻融对岩石物理力学特性的影响;通过单轴压缩试验,得到岩石抗压强度随循环冻融次数变化的规律。研究结果表明：3种岩石在循环冻融条件下具有不同的表观破坏方式,碎屑岩破坏最严重,表面不同程度地出现了轴向和环向裂纹;其次是泥岩,一条近似“几”字型的裂纹出现在泥岩表面,且裂纹发展较快;砂岩表观破坏最轻微,仅有1条细而短的裂隙发育在表面;在30个循环冻融周期内,泥岩和砂岩几乎无质量变化,而碎屑岩由于岩屑掉落而质量减轻不到1%;3种岩石的弹性模量、刚性模量、体积模量、泊松比等力学特性随着循环冻融次数增加而下降,且泊松比出现负值,揭示了循环冻融对岩石材料特性的深层次破坏;岩石抗压强度也随着循环冻融周期呈现下降趋势     

季节冻土区高铁路基冻胀研究进展及展望

随着我国高速铁路建设的快速发展,穿越广阔季节冻土区的高速铁路越来越多,工程面临的冻胀问题已成为研究和工程人员关注的焦点,并取得了许多研究成果。基于前人研究,总结了我国季节冻土区高速铁路路基冻胀特点和分布规律,探讨了高铁路基粗颗粒填料的冻胀特性及其影响因素,分析了路基在冻融过程中水热变化情况,讨论了现有高铁路基防冻害措施以及其适用性。在此基础上,提出季节冻土区高铁路基冻胀研究面临的主要问题及展望,为季节冻土区高铁路基冻胀及其防治工作研究提供新思路。     

气候变化背景下青藏铁路沿线多年冻土变化特征研究

多年冻土是复杂地气系统的产物, 以升温为特征的气候变化不可避免地对其产生影响. 基于青藏铁路沿线8个天然场地2006-2011年的地温监测资料, 分析了气候变化背景下, 多年冻土升温特征及上限变化规律, 并对低、高温冻土的变化特征进行了对比分析. 结果表明: 2006-2011年监测期间, 铁路沿线多年冻土正在经历明显的升温趋势, 上限附近和15 m深处平均升温率分别为0.015 ℃·a^-1和0.018 ℃·a^-1, 其中, 低温冻土区在上述两个深度处升温均比高温冻土区显著; 多年冻土上限深度也表现出一定的增深趋势, 平均增深速率为4.7 cm·a^-1, 其中, 高温冻土区增深速率大于低温冻土区. 低、高温冻土对气候变化的响应表现出了较大差异. 同时, 受局地因素的影响, 不同区域在升温和上限增深上也存在一定差异.