准确掌握高纬高寒地区冻土路基地温特征规律是提高公路使用寿命的关键。本文以实际工程为依托,选取代表性路基试验断面,对其工后一年内的地温环境进行试验观测,发现岛状冻土路基年周期性地温变化具有明显的"冻结-恢复-融化"阶段性特点,路基各土层的升、降温拐点及地温变化范围均存在着较大差异;试验结果的对比分析表明:路基各土层对大气温度的热敏感程度随冻土上限覆土厚度的增加而逐渐减弱,当冻土上限覆土厚度≤7 m时,含冰量对填土层地温环境的影响弱于覆土厚度;当冻土上限埋深超过5 m时,在退融状态下冻土上限处地温随含冰量的增加而降低,在冻结状态下则与之相反。
以G214公路高原多年冻土区姜路岭隧道浅埋段热棒群防护工程为例,通过对隧道天然工况下和热棒群防护下的隧道围岩地温变化特征及冻融圈变化规律的研究,评价了利用热棒群对高原多年冻土区隧道浅埋段进行主动热防护的工程效果。研究表明:天然工况下隧道施工产生的冻融圈范围大于2.2 m;冻融圈回冻时间大于4 a;在热棒群防护下姜路岭隧道出口左洞洞侧人为冻土上限抬高0.5 m;隧道洞顶冻融圈的回冻时间为1 a,洞侧冻融圈回冻时间为2～3 a;地温总体上呈现出类似于正余弦曲线的变化形式,暖季地温较大,寒季地温相对较小,且随着时间推移,同期地温在逐渐降低;评价认为利用热棒群对多年冻土区隧道浅埋段进行主动热防护可以快速消除施工给隧道冻土围岩带来的热干扰,维持洞周冻土围岩的稳定,同时在洞周形成冻土防渗帷幕,阻隔冻结层上水向隧道结构方向的渗入,是一种有效保护隧道多年冻土环境的工程措施。
多年冻土是一种热现象,地温是判断多年冻土特征的有效指标。通过对祁连山区东北部大通河源区多年冻土分布状况的野外考察与钻探等工作,借助于实测地温数据和地温曲线分析工具,对大通河源区39个钻孔点的多年冻土地温特征进行了对比分析,对影响多年冻土地温的主要因素进行了概括和总结。结果表明,在大通河源区,高程、植被类型、地表覆盖特征、土壤水分条件等是影响多年冻土地温的主要因素。根据尺度性划分的结果,高程是影响区域多年冻土地温变化的一级因素;随着空间尺度的下降,植被类型和地表覆盖特征成为二级影响因素;在沼泽化草甸植被覆盖区,土壤水分条件又成为影响多年冻土地温的三级影响因素。对多年冻土地温特征及影响因素的分析不仅有助于了解区域多年冻土的稳定性、预测全球气候变暖背景下的多年冻土演变和退化,还可以为寒区气候变化、生态、水文等相关领域的发展提供基础,为各项工程设施的实施和维护提供建议和指导。