Response of soil heat-water processes to vegetation cover on the typical permafrost and seasonally frozen soil in the headwaters of the Yangtze and Yellow Rivers

The response of soil temperature and moisture to vegetative cover in the active layer of permafrost and seasonally frozen soil were assessed and compared. Soil temperature and moisture, under a range of vegetation covers (92%, 65% and 30%) in the permafrost and vegetation covers (95%, 70%―80%, 40%―50% and 10%) in the seasonally frozen soil, were measured on a daily basis. A decline in vege-tation cover led to a decrease in the integral of freezing depth of active permafrost layer, but an in-crease in seasonally frozen soil. The maximum invasion depth and duration of the negative isotherm during the frozen period and of the positive isotherm during the non-frozen period clearly increased when vegetation cover declined. With a reduction of vegetation cover, the soil moisture in the active layer of the permafrost decreased for depths of 0.20―0.60 m, but increased for depths of 0.60―0.80 m, while for seasonally frozen soil, soil moisture of the entire profile (0.10―1.20 m) increased. Variation in vegetation cover alters soil heat-water processes, but the response to it is different between permafrost and seasonally frozen soil.     

柴木铁路高原多年冻土区路基施工技术

介绍了柴木铁路多年冻土区路基的施工工艺,包括填方路基、挖方路基、石质冻土路堑的施工方法。     

Analysis on Ground Temperature Changes and Thermal Effects of Duct-Ventilated Embankment of the Qinghai-Tibet Railway

1Preface TheStatekeyproject Ge’ermu LhasaSection ofQinghai TibetRailwayhasadistanceof550km runningoncontinuouspermafrostregions.Within thispart,permafrosthasthemostsignificant impactonthestabilityoftheroadbed.Thedouble effectsofglobalwarmingandtheconstructionof therailwaywillmakethepermafrostdegrade,causingthedesigningandconstructionofthe roadbedextremelydifficult[1].Thenaturalthermal regimesofpermafrostandgroundiceareimportant factorsthatwillaffectthestabilityofroadbed.Theselectionofroad…     

季节性冻土区黏土冻结深度预测

合理确定冻结深度是季节性冻土区防冻设计的关键,为研究季节性冻土区黏土的冻结深度,统计了中国部分季节性冻土地区气温,获得了这些地区的气温特征,以此确定了室内试验的温度边界条件,开展了10％、20％、30％3种不同质量含水量的单向冻融循环试验.研究结果表明,10％、20％、30％3个试样的最大冻结深度分别为28、15、12cm;鲁基扬诺夫公式预测值较Stephan公式、《建筑地基基础设计规范》公式、《冻土地区建筑地基基础设计规范》与《冻土工程地质勘察规范》公式的预测值更准确;利用未冻水体积含水率修正了《冻土地区建筑地基基础设计规范》的冻结深度计算值,其误差在6％之内,因而建议在季节性冻土区的黏土地区用该修正公式计算设计冻结深度.     

东北地区季节性冻土对监测点稳定性的影响

为定量把握冻土对沉降监测网点的稳定性影响,降低测点施工成本,在东北地区通过实际项目数据研究分析监测点稳定性受季节性冻土的影响情况.结果 表明12月-次年2月期间,随着温度逐渐降低至0℃以下,冻土深度加深,监测点沉降量逐渐增大,2月-3月冻土深度达到最深,监测点累计沉降量最大达到1 cm.温度对冻土深度的形成有较大影响,温度降低时,冻土深度加深,监测点被抬升,随着温度的升高,冻土深度降低,监测点开始下降,最终趋于稳定.研究结果能有效指导沉降监测点施工,并降低造价成本.     

Permafrost changes and engineering stability in Qinghai-Xizang Plateau

Climate change and engineering activities are the leading causes of permafrost temperature increase,active layer thickening,and ground-ice thaw,which trigger changes in the engineering stability of embankments.Based on the important research advances on permafrost changes and frozen soil engineering in Qinghai-Xizang Plateau,the changes in permafrost temperature and active layer thickness,their relationships with climate factors,the response process of engineering activities on permafrost,dynamic change of engineering stability of Qinghai-Xizang Railway,and the cooling mechanism and process of crushed-rock layers are discussed using the monitoring data of permafrost and embankment deformation.Finally,solutions to the key scientific problems of frozen soil engineering under climate change are proposed.     

松嫩平原北部季节冻土冻融过程及热量传递规律

为深入了解松嫩平原北部季节冻土冻融过程及热量传递规律,同时为东北寒区工程及寒区农业的土体环境的高效利用提供科学依据。本文基于松嫩平原北部季节冻土原位监测,开展季节冻土温度变化特性及分层热通量变化规律研究。结果表明：深度小于50 cm土体温度日变化明显,土体温度季节差异随着土体深度增大而减小。2017年3月3日达到最大冻深(164 cm),4月22日为最终融化日期,最终融化深度为130 cm。不同深度土体温度对地表温度响应呈滞后效应,随着土体深度的增加,滞后时间延长;季节冻土在冻融期内浅层土体受到净辐射的影响,热量交换极其频繁;随着土层深度的增加,净辐射的作用减小,热量在土体中传递的损耗增加,热量交换程度减弱,在冻结期,土体损失的热量大于吸收的热量。在整个冻融期内保持负值,冻深线以下土体中的热量持续向上传输,表明160 cm深度以下土体持续对冻土层传递热量。     

青藏铁路多年冻土场地波速特性分析

为分析冻土场地波速变化规律,通过现场钻孔波速测试,并结合已有典型场地波速资料,研究了青藏铁路沿线多年冻土场地波速比的经验值及波速变化受控制因素的影响规律。结果表明:多年冻土场地纵横波速比经验参考值可选用1. 5左右;冻土层波速传播规律与地温、土层埋深、土质属性、冻结冰晶含量等诸多因素相关;冻结作用使土体的结构性增强从而冻土体强度增强,冻结状态下土体的波速通常大于未冻结场地土体;多年冻土层波速值随土层深度的增加、地温的降低和冻结土体中冰晶含量的增加而增加。     

多年冻土区聚苯乙烯隔热公路路基温度场数值分析

为了研究随外界环境条件改变聚苯乙烯(EPS)冻土路基温度场变化特征,运用ABAQUS有限元分析方法,对多年冻土区EPS隔热路基的温度场进行了数值模拟.计算时采用改变EPS铺设位置,模拟路面下多年冻土季节最大融深在路基修筑完工后8a内随时间的变化.通过对计算结果分析得出,在多年冻土区路基中铺设保温材料对路面下多年冻土具有明显的保护作用.当EPS铺设在路堤底部时,路堤温度场分布比较均匀,路堤内部都为正温,在EPS板下,路基温度都为负温,说明EPS有效阻止了边坡和路面传入的热量.因此,如果要修筑EPS隔热路基,应将EPS板铺设于路堤底部.     

路基冻胀过程的温度效应

基于连续介质力学和热力学理论，建立了路基水分迁移过程的动力学模型。对冻土地区路基的温度场分布进行数值模拟分析，初步探讨了路基温度随时间和深度变化的关系。研究了温度梯度对冻胀的影响，试验结果表明，温度梯度与冻胀量成反变关系，因此采用试验人工冻结研究自然冻结时应充分考虑温度梯度的影响。这对于正确研究路基的冻胀现象，具有着重要的理论意义和实际意义。     

基于Monte-Carlo法的冻土路基随机温度场分析

对青藏铁路沿线岩土热学参数进行统计分析,得出岩土的基本统计值及概率分布模式,采用基于Monte-Carlo法的随机有限元方法计算冻土区的路基随机温度场,得出随机温度场的均值和标准差.结果表明：路基的温度场均值和标准差分布趋势基本相似,且在路基上部和路基边坡面附近,其绝对值较大;温度的标准差在边界附近出现最大值,且沿边界向内而逐渐减小;在边界浅层区域,温度的标准差出现局部变化,到达一定深度后趋于稳定,并随着时间增加而增大,路基标准差区域从边界向内而逐渐扩大.     

青藏铁路冻土路基活动层形成特性研究

在环境温度季节性变化的条件下进行室内模拟试验,探索了模拟冻土路基活动层形成的试验方法,研究了青藏高原多年冻土区路基活动层的形成活动规律。试验表明：活动层从初始形成到基本稳定过程中,近地表土层对外界温度场的变化响应灵敏,随外界温度的改变出现规律的波动;深层土层对外界温度的变化表现出滞后性,温度曲线波动幅度较小;活动层在趋于稳定的过程中土层的温度特征呈现出较为明显的区域相似性,在一定外温影响范围内土层温度场变化规律接近;在环境负温的初期表层土层迅速降温,活动层厚度开始逐渐减小,受外界气温及深层冻土冷源作用的共同影响,活动层冻结过程中会出现从上下边界同时冻结的现象,加快了活动层的冻结速度。     

半导体新型热棒的试验研究及分析

冻土作为四相土体,其物理性质较为复杂,而且对于温度具有很高的敏感性,周期性的温度变化会使冻土路基发生冻胀融沉等病害。因此,在冻土地区修建铁路、公路一直是世界性的难题。在青藏铁路工程中,为了防止多年冻土的融化,维持多年冻土的稳定,热棒路基被广泛采用。众所周知,热棒只能在寒季工作,而暖季不工作。基于热棒的工作原理,再结合半导体制冷的原理,在暖季对热棒的冷凝段加入人工制冷装置,使其温度低于蒸发段的温度,从而驱使热棒工作,达到降低地温的目的。在风火山进行的试验表明,半导体新型热棒能够明显降低活动层的温度,有望在今后冻土区的铁路、公路工程建设中发挥良好的效果。     

多年冻土区桥梁抗震研究进展

本项研究从冻土场地效应、冻土对桥梁地震响应的影响、冻土与桥梁结构相互作用3个方面总结了冻土区桥梁抗震的多年研究现状,旨在推动多年冻土区桥梁抗震理论的发展.结果表明:冻土场地地震效应显著,目前多年冻土区桥梁抗震设计中未充分考虑冻土场地效应的影响,且缺乏相应的抗震规范依据.大量数值分析结果显示,季节与多年冻土层均对桥梁地震响应产生显著影响,而目前多年冻土区桥梁结构-冻土体系的耗能机制及破坏特征的研究不充分,仍需大量震害调查和试验研究.对于多年冻土区桥梁工程广泛采用的桩基础形式,冻土层的存在使得地震作用下桩-冻土相互作用机理复杂化,桩-冻土相互作用理论计算模型有待完善.桥梁抗震分析中未充分考虑冻土水热效应的影响(冻土随温度和含水量等水热特性变化引起的力学性能的改变).上述问题都是今后多年冻土区桥梁抗震研究需重点关注的方向.     

109国道季节性冻土区路基原始温度场分析

针对青海省2013年需要新建、改建的高速公路等项目,以109国道青藏高原橡皮山附近季节性冻土区公路路基为研究对象,利用ANSYS有限元模拟分析软件建立数学模型,经过分析后得出该区域路基土体原始温度场.分析结果表明：青藏高原季节性冻土区路基土体内部温度低于0℃的月份为每年的11、12月和翌年l、2和3月,最低温度达-15℃,而在地表2m以下地温高于0℃.     

保护冻土的保温原理

在多年冻土地区修筑路堤、设置保温层是保护路堤下多年冻土上限不变甚至上升的隔热保温方法，其保温效果取决于隔热层对下部多年冻土年平均地温和温度较差的改变状况，作者阐述了保温方法的工作原理，并依据该原理探讨了最小路堤高度和最大路堤高度存在的可能性及其适用范围，北麓河试验场的观测资料较好地验证了理论探讨。     

New discoveries on the effects of desertification on the ground temperature of permafrost and its significance to the Qinghai-Tibet Plateau

The desert and permafrost conditions of the Qinghai-Tibet Plateau are unique.However,the effects of desertification on the ground temperature of permafrost are currently unclear.Recently,understanding this problem has become more urgent because of increasing desertification on the plateau.For this reason,an observational field experiment was undertaken by the authors at Honglianghe on the Qinghai-Tibet Plateau.Thermistor ground temperature probes were used,and synchronized contrasting observations were made in an open area.Observations of the ground temperature of permafrost below sand layers with a range of thicknesses were made from May 2010 to April 2011.The sand layers were found to play a key role in the protection of the underlying permafrost.The ground temperature below a permafrost table overlain by a thick sand layer was lower than that of the average annual temperature for the natural ground surface,and the temperature drop was roughly constant at 0.2°C.During the warmer part of the year (May to September),the maximum temperature drops over the five months were 3.40,3.72,4.85,3.16,and 1.88°C,respectively.The ground temperature near a permafrost table overlain by a thin sand layer was also lower than that of the average annual temperature for the natural ground surface.However,in this case the average of the annual maximum temperature drop was significantly less,0.71°C.The scientific significance of our preliminary conclusions is not only to present an exploration of the interaction between desertification and permafrost,but also to provide new engineering ideas for protecting the permafrost in regions where construction is required on the Qinghai-Tibet Plateau.     

木里矿区四井田冻土(岩)物理力学性质的研究

冻土因其独特的工程性质成为所有寒区工程面监的一大难题,深入研究和解决冻土问题成为了寒区工程的关键.冻土(岩)测试主要是获取岩土体在冻融条件下,岩土体物理力学性质的变化情况,为露天矿在服务年限内安全开采以及相关设计提供依据.该文主要对木里矿区四井田冻土(岩)物理力学性质从力学参数及地温监测两方面进行研究,为该露天矿边坡稳定的研究做基础.     

浅谈水泥搅拌桩加固软土地基处理的路基沉降分析

根据经水泥搅拌桩加固软土地基后的路基沉降观测数据,选取两段不同加固深度的路基,从地基固结深度、路基加载速率等方面进行了分析,确定了路基施工的最佳时间,为同类工程施工提供了经验。     

融沉变形对柔性路面应力应变影响试验研究

为了研究多年冻土地区路基融沉变形对柔性路面力学性能的影响,采用松铺土和埋设工业冰块2种冻土路基融沉变形模拟方法,修建室内大尺度柔性路面结构试槽并逐层埋设传感器.采用承载板试验方法进行柔性路面面层和基层应力应变检测,通过检测数据的分析得出了融沉变形对柔性路面应力应变的影响规律.结果表明:松铺土测点和埋设工业冰块测点面层与...