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。

利用青藏公路多年冻土区温度的监测资料,分析了高温冻土区普通路基下冻土的热状态及其人为上限的演变特征,并与自然地表下的变化特征进行对比。结果表明:1)沥青路面近地表温度年增幅明显大于自然地表的温度年增幅;2)与自然地表下相比,沥青路面下深部(h>6m)土体具有较小的温度梯度,对外界热扰动敏感;多年冻土温度逐年升高,不利于路基的长期稳定;3)高温冻土路基下浅部土体,冻结期明显小于融化期。融化期时间提前至3月底4月初,而冻结期开始时间与自然地表下均为11月底;融化深度大于冻结深度;4)沥青路面下多年冻土人为上限逐年下降,下降速率快于多年冻土天然上限下降速率,并且在多年冻土顶板上部已经形成贯通的融化层,融化层厚度逐年加厚。

在多年冻土区修建铁路,打破了原来天然地表与外界的热力平衡,从而导致地下温度场重新分布.通过对青藏铁路安多试验段实测数据分析,本文论讨了在冻土沼泽化湿地分别采用抛填片石和土工格栅地基处理措施以后的路基地温特性,以及冻土上限的变化趋势.

通过分析多年冻土对电力杆塔基础的受力特点,并经过理论计算及对非冻土地区和冻土地区电力杆塔基础设置的比较,论述了青藏高原多年冻土地区电力输电线路杆塔基础设计的特殊性和必要性,为冻土地区输电线路杆塔基础设置提供了新的技术和方法。

在全球升温的背景下,同时考虑人为施工扰动的影响,针对青藏铁路旱桥桩基稳定性问题,进行数值模拟研究和物理模拟试验。研究在冻土上限变化条件下旱桥桩基的承载力特性,获得单桩竖向承载力以及冻土上限变化对桩基稳定性的影响规律。桩基的极限承载力随着冻土上限的下移而急剧降低;随着冻土上限下移,桩侧摩阻力不断减小,桩基的侧摩阻力占总承载力的比重也越小,此时桩端阻力发挥主要作用;物理模拟试验和数值模拟结果同时说明冻土上限下降的严重后果,尤其对于极为敏感的高温冻土,需要加强对桩周冻土的保护,避免冻土退化。此研究为预测青藏铁路旱桥桩基稳定以及高温多年冻土桩基的设计与施工提供参考依据。

在多年冻土区修建铁路,打破了原来天然地表与外界的热力平衡,导致地下温度场重新分布。通过对青藏铁路安多试验段实测数据分析,论讨了在冻土沼泽化湿地采用土工格栅加渗水土地基处理措施以后的路基地温特性,以及冻土上限的变化趋势。

结合牙林铁路育林段路基冻害,分析高纬度区多年冻土水文地质特征、年冻土类型、冻土物理力学参数及多年冻土的冻胀性、融沉性。提出多年冻土路基病害原因及整治方案。

本文以大量实测资料为基础,探讨了季节融化层导温性能及地温峰值滞后等自然因素对多年冻土上限深度的影响。还通过地表面的热效应和气温脉动的研究,讨论了多年冻土上限深度的小区域特点和未来期望值。提出了适合青藏高原多年冻土区计算多年冻土上限深度的半经验公式。由于主要依据是地温的分布和传导特征,故称之为“地温法”。

本文对伊图里河科研楼的四年观测资料分析得出:该楼地基多年冻土在逐年退化。为了保证其地基地温的稳定,提出了将不通风式改为通风式或加大保温层的意见,使该楼基础达到稳定之目的。