全球气候变暖加剧了青藏高原气候暖湿化，威胁着高原铁路路基及下伏多年冻土的热稳定性，但以往研究缺乏综合考虑铁路沿线气候、多年冻土及路基稳定性的系统分析。针对这一研究的不足，基于铁路沿线气象和多年冻土路基地温监测数据，分析铁路沿线多年冻土区气温降水、天然场地年平均地温与天然上限、路基人为上限及路基左右路肩沉降变化，揭示气候暖湿化背景下铁路多年冻土路基热稳定性变化，为多年冻土区铁路建设和维护提供参考。结果表明：近20年来，铁路沿线年均气温和年均降水量的平均值分别增加了1.2℃和80mm；相较于2007年，2020年铁路沿线天然场地多年冻土年均地温平均升高0.1℃，多年冻土天然上限平均下降0.58 m，路基人为上限平均抬升2.34 m，路基左路肩平均沉降大于右路肩，存在阴阳坡效应。整体而言，铁路多年冻土路基状态稳定，运行状态良好，建设运营期间采取的一系列工程措施有效，但面向未来气候加剧变化趋势，应提前谋划多年冻土保护新技术。

基于长期、连续的地温观测数据,对位于共和至玉树高等级公路沿线、平均海拔为4 260 m且处于高温冻土区的片块石路基温度、热状态、冻融循环过程和冻土人为上限及变化速率等进行了分析,研究了沥青混凝土和水泥混凝土路面对片块石路基下伏多年冻土的影响,以期对其适用性进行评价。研究发现,沥青混凝土路面的铺设使路基吸收了较多的热量,促使下伏多年冻土升温,导致多年冻土快速退化。观测期内,高温冻土地区沥青混凝土路面下片块石路基中心冻土退化速率为33.5 cm/a,几乎是天然地基的5倍。而且路基阴阳坡效应严重,阳坡路肩冻土退化速率为33.0 cm/a,明显大于阴坡路肩（22.0 cm/a）。与沥青混凝土路面相比,水泥混凝土路面较高的热反射率、较小的热辐射吸收率,有利于抬升冻土上限或减缓冻土退化速率。但在观测期间,发现处于高温冻土区的高等级公路片块石路基在沥青混凝土路面下融化盘面积增长速率为12.24 m2/a,而在水泥混凝土路面下为9.28 m2/a,即融化盘面积以不同程度的速率始终在增大。因此,单纯的片块石层的存在和路面类型的改变,并未彻底解决高温冻土区高等级...

青藏公路多年冻土路段的阴阳坡现象会引发路基及下伏冻土地基热状况不对称分布,影响长期稳定性.为此,基于实测坡面温度数据,开展不同年平均气温和路基高度条件下冻土路基地温场分布及演化规律的模拟.结果表明,年平均气温-3℃下阴坡冻结指数约为阳坡的2倍,融化指数约为阳坡的0.83倍.路基修筑后,阴坡一侧路基下部人为上限均有一定抬升.此后,在气候变暖及沥青路面强烈吸热效应作用下,路基左右路肩下部人为上限不断下降,其中高填方路基人为上限下降速率相对较快.阴阳坡效应作用下,东西路基下部人为冻土上限呈左高右低的趋势,下伏土体温度同样为左高右低.高填方路基下伏冻土层地温分布的不对称较同期的普通填方路基显著.

冻土物理力学特性与温度密切相关,气候变暖背景下冻土路基地温场的分布和演化规律不仅会影响到路基的静力稳定性,还会影响到其在地震、车辆等动力荷载作用下的响应特征与稳定性。为此,基于现场实测路基坡面温度,系统开展气候变暖背景下青藏高原典型(东西、南北、45°)走向条件下冻土路基地温场分布及演化规律的模拟研究。结果表明,阴阳坡侧浅层土体冻结指数差异较融化指数差异更为显著,东西走向下阴坡冻结指数约为阳坡的2倍,而融化指数约为阳坡的0.83。阴阳坡侧路基本体及活动层季节冻融过程存在明显不同步,东西走向条件下阴坡冻结期(融化期)可较阳坡侧长(短)约1个月。路基修筑后,阴坡一侧路基下部人为上限均有一定的抬升,而阳坡仅南北走向有抬升。此后,在气候变暖及沥青路面吸热效应下,路基人为上限不断下降,最大速率可达20cm/a,且逐步出现融化夹层,其中阳坡融化夹层厚度普遍大于阴坡,差值最大可达2.5m。路基本体季节冻融过程的不同步、人为上限埋深及冻土地温分布的不对称性应在未来青藏高原冻土路基静力、动力稳定性设计和研究中予以考虑。

为揭示青藏高原东部高温冻土区高速公路XPS保温板路基的人为冻土上限退化规律,确保高温冻土区路基的长期热稳定性,减小因人为冻土上限退化引起的路基病害,首先,利用现场地温实测资料分析高温冻土区XPS保温板路基地温的纵、横向分布特征,以及路基修筑初期人为冻土上限的退化特征;然后,采用非饱和土渗流与热传导理论求解冻土水热耦合微分方程,实现冻土水分场与温度场的全耦合,进而将水热耦合模型模拟所得温度场与现场实测温度场进行比较,以验证该模型的正确性;并分析XPS保温板路基在5种工况(包括填料类型、年平均地温、路基高度、XPS保温板铺设位置和气候变暖)下人为冻土上限的退化规律;最后,采用MATLAB分析影响人为冻土上限退化主要因素,进而对其进行多元线性回归,建立高温冻土区XPS保温板路基人为冻土上限计算模型。研究结果表明:XPS保温板路基左侧一定范围内温度比右侧对应范围的温度高;路基修筑初期人为冻土上限先抬升60cm,然后以10cm/年下降,冻土上限的变化导致深部冻土层存在一定幅度的升温;5种工况条件下,路基人为冻土上限与时间均呈线性增加关系;影响人为冻土上限退化的2个主要影响因素为填料类型和气候变暖...

在全球大气升温、气候变暖以及人为因素干扰的情况下,冻土上限的变化对多年冻土地区的工程基础会有不同程度的影响,使其承载能力会发生一定程度的改变。本文选取活载为中-活载和ZKH活载模式,结合青藏铁路桥梁桩基承载性能问题,进行了基桩的数值模拟分析。通过在冻土上限变化条件下基桩的内力和变位的对比,评价桩基在冻土上限变化时2种模式的活载作用下桥梁桩基各性能指标的安全储备。为多年冻土桥梁的桩基础设计与施工提供一定参考。

在气候变暖影响下,多年冻土对人类活动的响应更加敏感,以至加速退化.冻土退化后带来的生态环境和工程建筑热稳定性问题也会更加明显.以黑龙江省漠河县城区为例,结合钻孔资料和温度监测数据,应用探地雷达对城区中心以及周边的多年冻土分布特征进行了探测,研究分析了城市化对多年冻土的热影响.结果表明:雷达波在漠河城区地层的传播速度为0.07～0.08 m·ns-1,探地雷达结果与钻孔、温度监测资料相一致,能够较准确的确定融化深度、冻土类型、地层结构.城区对冻土退化影响较大,城区中心冻土退化严重,探测范围(0～10 m)内无冻土存在;城郊周围沼泽化湿地下部普遍发育含冰量较高的多年冻土,人为扰动影响较小,冻土上限较浅,冻土热状况相对稳定.随着漠河城区逐渐扩张,拟建或在建市政工程大多将修建在城郊周围沼泽化湿地上,人为活动不断增加势必会加速多年冻土退化,但其长期热影响范围和程度还需深入研究.

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.

为分析青藏直流输电线路工程冻土地基的冻结情况及其对基础安全稳定性的影响,在青藏高原五道梁地区对装配式原型基础冻土地基进行1个冻融过程的地温监测,结合该地区气温资料,分析粗粒冻土地温随时间变化特点和沿深度分布情况。监测结果显示:地温呈周期性波动,振幅随深度增加而减小,原状和回填冻土地基上部均存在冻融状态交替的冻融活动层;监测期内基础底部冻土处于冻结状态,基础安全稳定;原状和回填冻土最大融化深度分别为3.0和3.2 m,通过建立地温估算公式,并利用地温变化幅值、均值等结果,得到原状多年冻土上限为3.1 m,与工程勘测和监测结果一致;建立冬季时高孔隙率回填冻土地基传热方程,分析地基传热性能和与孔隙率直接相关的地基中空气自然对流速度对地基回冻的影响。研究表明:冻土回填扰动加剧地温波动的振幅和增大冻土融化深度,但影响程度和范围有限;输电线路冻土装配式基础冬季施工,在冻融活动层深度内保持地基适当孔隙率,既可在冬季加速地基回冻,又可利用土体自然固结和融沉,提高压实度,从而在暖季减弱热量向地基深部扩散,有利于地基保持冻结。

在全球气候变暖大气升温,以及人为因素的影响下,多年冻土地区的工程基础受冻土上限的变化影响,其竖向承载能力会发生一定程度的改变。本文针对青藏铁路桥梁桩基竖向承载性能问题,进行数值模拟研究和理论解分析。通过在冻土上限变化条件下铁路桥梁桩基的内力和变位分析的对比,获得冻土上限变化对桥梁桩基竖向承载力的受力效果分析。