模拟退火优化算法的冻土热传导参数反分析

土体热参数是寒区工程温度场预测和稳定性分析至关重要的参数。根据冻土温度场计算的特点,建立冻土一维相变热参数估计模型,采用非线性有限元法得到土体温度场,基于一种非常快速的模拟退火（VFSA）算法对热参数进行反分析。考虑各个参数的敏感度因子和土体分层情况,将热参数分组、分步进行反演,克服参数较多反演困难的缺陷。以青藏公路多年冻土区监测断面下土体反分析为例,反演分析冻土路基下部不同土层的导热系数、体积热容量和孔隙率等参数。最后,运用参数反演结果对温度场进行预测,经检验和与实测地温对比,表明参数反分析结果可靠,有较高的精度,该方法可用于实际工程。     

青藏铁路冻土路基温度场随机有限元分析

从一阶Taylor展开式入手,结合冻土温度场计算有限元法,推导了冻土路基温度场随机有限元方程及有关计算公式,并对青藏铁路北麓河试验段冻土路基温度场进行了随机有限元分析,结果表明温度标准差与温度场的分布趋势大致相同,在垂直方向上,最大值都出现在路基上部,向下逐渐减小,但两者分布范围略有不同,路基内部标准差的分布范围明显较大,在一定深度处达到均化。     

寒冷地区热棒技术的研究与应用

由于热棒具有极强的单向导热性能, 被广泛用来冷却地基、强化冻土与大气间热交换, 解决基础冻胀、融沉等热力过程中工程问题. 从热棒在国内外冻土工程的综合应用、热棒传热影响因素以及热棒应用的工程设计参数, 评述和回顾了寒冷地区热棒技术的研究和应用, 并讨论了热棒技术综合应用的发展前景.工程实践表明, 热棒在寒冷地区具有广泛的工程应用前景, 不仅可以应用于寒区公路、铁路、 输油管线工程等大型线性工程, 而且也可应用于机场、房屋等工业与民用建筑, 同时还可以用于低温储藏库修建、机场跑道融雪等. 青藏铁路修建以来, 热棒在我国得到了最广泛的应用, 同时热棒与保温材料、块碎石护坡/护道等联合构成了新的综合结构措施.     

面向冰冻圈服务功能核算的西藏公路经济增长贡献及空间效应

为面向冰冻圈服务功能核算,采用投入产出法和ESDA分析,评估了2012-2016年间西藏自治区公路交通基础设施建设对经济增长的贡献程度,并解释作用机理,在此基础上运用GlobalMoran's I指数和Local Moran's I指数作出空间效应分析。结果表明：公路建设直接和间接创造的增加值对区域经济增长具有巨大的促进作用,在空间分布上,各地市公路建设对经济增长的贡献度在自治区范围内存在差异,但未呈现出固定的变化趋势。由于公路对经济增长巨大的溢出效应,应高度重视公路等交通基础设施建设,加大投资力度,拓展通达里程与空间分布,在冰冻圈服务功能核算中纳入交通设施建设的社会经济效益,同时充分考虑冰冻圈气候变化等因素对交通基础设施的危害影响,确保区域经济保持平稳快速增长。     

青藏铁路冻土区路桥过渡段沉降原因分析

青藏铁路开通近10 a以来,各类冻土工程稳定,保证了列车平稳安全的运行。然而,青藏铁路工程也不可避免出现了一些病害问题。现场调查资料表明,冻土区路桥过渡段下沉现象较为严重。通过冻土区路桥过渡段的沉降特点和工程地质条件综合分析,结果表明：地表水或冻结层上水水热侵蚀,引起人为多年冻土上限下降、高含冰量冻土层融化,致使路基发生强烈的融化下沉。建议这类工程病害应采取主动降温措施增强地基土的冻结能力,并加强防排水设施和改善地表水条件,消除水热侵蚀所产生的融化下沉。研究结果为青藏铁路路桥过渡段的稳定性和养护提供了科学依据。     

青藏高原多年冻土活动层厚度对气候变化的响应

活动层厚度变化将会对多年冻土区生态系统、地气间能水平衡和碳循环等产生重要影响。利用Stefan公式模拟了1981-2010年青藏高原多年冻土区活动层厚度的分布和空间变化特征。结果表明：多年冻土区活动层厚度平均为2.39 m,活动层厚度在羌塘盆地最小,在多年冻土区边缘、祁连山、西昆仑山、念青唐古拉山活动层厚度较大。在气候变化条件下,青藏高原多年冻土区活动层厚度呈整体增大趋势,在1981-2010年,活动层厚度的变化量为-1.54~2.24 m,变化率为-5.90~10.13 cm·a^-1,平均每年变化1.29 cm。活动层增厚趋势与年平均气温增大的趋势基本一致,这说明气候变化对活动层厚度变化有很大的影响。     

多年冻土区第一井——舍尔金井

舍尔金井位于俄罗斯东西伯利亚萨哈共和国雅库茨克市中心,总深度为116.5 m,是多年冻土区第一口深度超过100 m的井。井的挖掘从筹划到完工（1837年）历时10年,是俄罗斯商人费多尔·舍尔金（φедор Шергин）为挖井取水而建造的。舍尔金井的温度资料无可辩驳地证明了多年冻土的存在,它不仅是重要的文化和历史遗产,还是多年冻土存在的重要证据及冻土学发展的见证。     

一种新的土壤冻融特征曲线模型

土壤冻融特征曲线(SFTC)可以描述冻融过程中未冻水含量随负温的变化关系.准确刻画土壤冻融特征曲线对土壤的冻融过程及相关的水热耦合运移研究至关重要.以往研究中土壤冻融特征曲线适用范围较窄,无法满足实际需要.通过类比水分特征曲线,考虑初始含水量和溶质浓度对未冻水含量的影响,提出了一种新的冻融特征曲线模型,经广泛的文献数据...     

青藏铁路多年冻土区工程长期监测系统

青藏铁路穿越了大片连续多年冻土地区, 建设中采取了冷却路基的设计思路, 采用了大量特殊的工程技术措施. 为了解工程和气候作用下冻土变化过程以及路基稳定性与冻土变化关系, 在青藏铁路沿线布设了44个路基监测断面进行地温监测和路基表面的变形监测, 同时开发了青藏铁路长期监测系统软件, 负责数据的存储、分析工作, 其中地温监测数据通过青藏铁路专用网络GSM-R实现了远程传输. 该系统的建立为进一步开展冻土相关研究工作提供了基础数据, 也为路基稳定性预警提供了科学依据.     

青藏公路沿线多年冻土对气候变化和工程影响的响应分析

青藏公路沿线工程和气候变化影响下多年冻土变化监测表明,多年冻土对工程活动和气候变化的响应过程存在着较大差异,不同年平均地温的多年冻土使这种差异变得更为明显.分析结果表明:气候变化下低温多年冻土变化要大于高温多年冻土,工程状态下低温多年冻土变化要小于高温多年冻土;气候变化引起的低温多年冻土变化要大于工程对其的影响,而高温多年冻土正好相反.造成这一结果原因主要是由于在工程建设完成初期,相对于气候影响,工程作用对多年冻土的影响具有放大作用,这使得工程状态下多年冻土对气候变化基本没有响应.按照气候影响下多年冻土温度年变化速率来推测,低温多年冻土表面温度升温到工程状态需要50a左右时间,高温多年冻土需要20a左右.6m深的低温多年冻土温度升温到工程状态需要20a,高温多年冻土仅需要5~8a.