路基沉降是多年冻土区道路建设中需要解决的关键问题之一。以往对冻土路基稳定性的研究主要集中于冻土路基变形与热稳定性等方面,对冻土路基沉降的力学机制关注较少。采取数值模拟方法,对冻土路基变形过程进行模拟,并从力学角度阐明路基变形机制。结果表明,路基填筑引起的应力重分布主要集中在垂直方向0～-3m、水平方向路基范围内;在附加应力作用下,活动层会产生沉降变形;路基变形主要来自于多年冻土层的融化固结,其次是高温冻土的蠕变,最后是活动层的压缩;冻土路基下不同层位的变形量有所区别,且开始产生变形的时间也不同;降低年平均地温,能够有效地减少路基变形。
路基沉降是多年冻土区道路建设中需要解决的关键问题之一。以往对冻土路基稳定性的研究主要集中于冻土路基变形与热稳定性等方面,对冻土路基沉降的力学机制关注较少。采取数值模拟方法,对冻土路基变形过程进行模拟,并从力学角度阐明路基变形机制。结果表明,路基填筑引起的应力重分布主要集中在垂直方向0～-3m、水平方向路基范围内;在附加应力作用下,活动层会产生沉降变形;路基变形主要来自于多年冻土层的融化固结,其次是高温冻土的蠕变,最后是活动层的压缩;冻土路基下不同层位的变形量有所区别,且开始产生变形的时间也不同;降低年平均地温,能够有效地减少路基变形。
路基沉降是多年冻土区道路建设中需要解决的关键问题之一。以往对冻土路基稳定性的研究主要集中于冻土路基变形与热稳定性等方面,对冻土路基沉降的力学机制关注较少。采取数值模拟方法,对冻土路基变形过程进行模拟,并从力学角度阐明路基变形机制。结果表明,路基填筑引起的应力重分布主要集中在垂直方向0～-3m、水平方向路基范围内;在附加应力作用下,活动层会产生沉降变形;路基变形主要来自于多年冻土层的融化固结,其次是高温冻土的蠕变,最后是活动层的压缩;冻土路基下不同层位的变形量有所区别,且开始产生变形的时间也不同;降低年平均地温,能够有效地减少路基变形。
大通河源区位于祁连山中东部,属高山多年冻土区,利用源区内冻土钻探及监测资料对源区冻土发育的基本特征及变化趋势进行了分析和探讨.冻土地温分析表明,源区冻土年平均地温随海拔的变化梯度约为3.82℃·km-1,且冻土地温与表层覆被条件关系密切.盆地平原地带多年冻土厚度约为17～86 m,且以海拔每上升100 m冻土厚度增加约10 m的梯度增加.多年冻土活动层厚度受海拔地带性作用不显著,更多地受局地因素的控制,地表覆被条件成为其主要影响因素.在气温升高以及人类活动日益增多的影响下,源区冻土整体处于退化状态,多年冻土年平均地温以0.0075℃·a-1的速率上升.
青藏公路病害调查资料表明:热融沉陷是多年冻土区主要的路基病害之一,提高公路路基高度可以有效地控制路基变形,防止融沉病害。针对这一工程问题,提出了"冻土路基高度效应"的概念,描述因路基高度变化而引发的冻土路基变形、破坏等规律。基于冻土路基热弹塑性融沉计算模型,得到了不同温度条件下,路基变形随路基高度的变化规律,与实测数据相比,计算模型合理可行。计算结果表明:冻土路基的变形主要受控于多年冻土层的融沉变形;"路基高度效应"对于冻土路基变形影响较大;高温多年冻土区的路基融沉变形十分可观,其变形速率尤其值得关注。
高山多年冻土的分布及土壤季节冻融过程对地表水文过程、生态系统、碳循环及寒区工程建设等都有很大的影响.黑河上游地处祁连山中东部,属于高原亚寒带半干旱气候,研究黑河流域多年冻土分布对于系统理解该区域的生态-水文过程、气候与环境变化以及水资源评价、工程建设等非常重要.2011年6—8月对黑河干流源头西支开展了多年冻土调查,沿二尕公路(S204)在热水大坂垭口至石棉矿岔口之间区域,完成测温孔7眼,并布设测温管进行地温监测.根据勘察、钻探及测温资料,确定了黑河源头地区山地多年冻土下界为海拔3 650～3 700m之间.受高度地带性的控制,随着海拔的降低,活动层厚度由在海拔4 132m时的1.6m增加至在多年冻土下界处的约4.0m,多年冻土年平均地温也相应的由-1.7℃增加到0.0℃左右,而多年冻土厚度由100m以上减小到多年冻土下界处的0.0m.同时,坡度和坡向、岩性、含水(冰)量、地下水、河水等局地因素对多年冻土温度和厚度也有重要的作用.
巴颜喀拉山是较典型的高海拔多年冻土区。南、北坡迥异的气候、土壤及地表景观控制和影响其多年冻土空间分布。2008～2012年冻土调查及测温资料表明,该山以高温冻土(>-1℃)为主。海拔是冻土主要影响因素。年均地温随海拔升高而降低的高程递减率在北坡6℃/km,南坡4℃/km。北坡查拉坪及巴颜喀拉山口一带,活动层厚度约1 m,活动层随海拔降低而增厚;南坡活动层厚度受局地因素影响较大,与海拔无明显相关。
祁连山中东部地区多年冻土年平均地温、冻土厚度等基本特征参量与海拔具有明显的相关性,海拔越高,地温越低,厚度亦越厚.年平均地温、厚度与纬度、经度关系不明显,可能与工作范围较小有关.对比分析了地表植被、地层岩性、土层含水(冰)量等局域性(非地带性)因素对冻土年平均地温的影响,发现腐殖层较厚,下伏细粒土层,较高的含水(冰)量对保持多年冻土较低的温度有利.阐述了冻土厚度的变化及其影响因素.与前人工作比较,分析冻土层钻孔测温曲线,发现该地区多年冻土正处于退化之中.
应用数值方法模拟了在气候持续以0.04℃/a速度变暖条件下。我国青藏高原多年冻土边缘附近高温冻土热状况的变化趋势。模拟结果表明,在计算所假设条件下,当初始地面年平均温度分别为0.5,0和-0.5℃,14m深度上的年平均温度为0.41,-0.11和-0.59℃,冻土厚度为4.5,16.8和29.0m时,50a后,初始地面年平均温度为0.5℃的多年冻土将退化为季节冻土;初始地面温度为0.0℃和-0.5℃的多年冻土将由衔接型变为不衔接型,多年冻土顶板分别下降为5m和4m,且顶板下降速度随时间延长逐渐增大;14m深度的年平均温度分别升高为1.76,0.0和0.0℃。
年平均地温是指多年冻土年较差为零的深度处的地温 ,是冻土分带划分的主要指标之一 .利用青藏公路沿线钻孔实测年平均地温数据 ,进行回归统计分析 ,获取年平均地温与纬度、高程的关系 ,并基于该结果 ,结合TOPO30高程数据模拟得到整个青藏高原范围上的年平均地温分布 .以年平均地温 0 .5℃作为多年冻土与季节冻土的界限 ,对比分析模拟图与青藏高原冻土图 ,除个别区域有较明显的差异 ,模拟结果图较好地体现了青藏高原冻土的分布情况 .利用模拟结果 ,根据青藏高原多年冻土分带指标及寒区工程多年冻土区划指标 ,对青藏高原多年冻土分布进行了分带划分 ,并统计各分带面积 ;根据简化的冻土厚度计算公式 ,计算了青藏高原多年冻土的厚度分布 .最后 ,利用数值预测方法的结果 ,在气候年增温 0 .0 4℃的背景下 ,对高原未来冻土分布进行了预测 .
