全球气候变暖导致多年冻土层温度升高，进而显著改变桩周土体的物理和力学性质，这对铁路桥梁桩基础的竖向承载特性产生了深远影响。为量化分析多年冻土层对既有铁路桥梁桩基础竖向承载特性的影响，以青藏铁路桥梁广泛使用的高承台桩基础为研究对象，通过室内缩尺模型试验对比研究了竖向荷载作用下非冻土（对比组）与多年冻土（多年冻土层厚度为140 cm）条件下桩基础承载性能及桩周土体的破坏特征。试验结果表明：在非冻土条件下，桩周土体表面出现近似矩形的闭合裂缝，且从矩形四角向外延伸，0.5倍桩径以内的土体出现明显沉陷，土体表面仅有一条主裂缝；当有多年冻土层存在时，桩周土体虽然出现未闭合近似矩形裂缝，但表层土未发生明显沉降。此外，多年冻土层的存在显著提高了桩基础竖向极限承载力，多年冻土条件下桩基础的极限承载力约为非冻土条件下的4.5倍。分析发现，桩基础承载力的提升主要源于多年冻土层中桩侧摩阻力的显著增加，多年冻土层存在时最大桩侧摩阻力约为非冻土条件下的7.1倍。相对而言，多年冻土层对桩基础端承力的影响并不明显，多年冻土条件下桩基础最大端承力相较于非冻土条件提高了8.8%。因此，多年冻土区既有铁路桥梁桩基础承载性能...
全球气候变暖导致多年冻土层温度升高，进而显著改变桩周土体的物理和力学性质，这对铁路桥梁桩基础的竖向承载特性产生了深远影响。为量化分析多年冻土层对既有铁路桥梁桩基础竖向承载特性的影响，以青藏铁路桥梁广泛使用的高承台桩基础为研究对象，通过室内缩尺模型试验对比研究了竖向荷载作用下非冻土（对比组）与多年冻土（多年冻土层厚度为140 cm）条件下桩基础承载性能及桩周土体的破坏特征。试验结果表明：在非冻土条件下，桩周土体表面出现近似矩形的闭合裂缝，且从矩形四角向外延伸，0.5倍桩径以内的土体出现明显沉陷，土体表面仅有一条主裂缝；当有多年冻土层存在时，桩周土体虽然出现未闭合近似矩形裂缝，但表层土未发生明显沉降。此外，多年冻土层的存在显著提高了桩基础竖向极限承载力，多年冻土条件下桩基础的极限承载力约为非冻土条件下的4.5倍。分析发现，桩基础承载力的提升主要源于多年冻土层中桩侧摩阻力的显著增加，多年冻土层存在时最大桩侧摩阻力约为非冻土条件下的7.1倍。相对而言，多年冻土层对桩基础端承力的影响并不明显，多年冻土条件下桩基础最大端承力相较于非冻土条件提高了8.8%。因此，多年冻土区既有铁路桥梁桩基础承载性能...
天然气水合物是重要的新兴能源矿产，也是国家大力倡导开发利用的清洁能源。青海祁连山木里煤田天然气水合物发现之后，国内陆域天然气水合物勘查一直没有进一步的发现。大兴安岭北部是我国多年冻土发育的重要地区之一，内蒙古大西山煤田与青海木里煤田地质条件具有可类比性。基于本次天然气水合物探井的调查成果，以发现的浅层高烃类气体和水合物异常显示为线索，分析天然气水合物成藏的冻土条件、物源条件、疏导系统等地质因素。大西山煤田冻土厚度较大，底界可达70 m；烃源岩有机质丰度较高，以中等—较好的烃源岩为主；暗色泥岩有机质类型为Ⅱ2型和Ⅱ1型，煤和炭质泥岩有机质类型为Ⅲ型和Ⅱ2型；有机质成熟度较高，Ro0.57%～0.84%,Tmax431～447℃；断裂、微裂缝发育，具备有效的运移通道。大西山煤田具备天然气水合物的形成条件，天然气水合物含油气系统多类型天然气综合调查是该区下一步的勘查方向。
为进一步明确气候转暖情景下多年冻土区块石护坡铁路路基边坡在块石荷载作用下的稳定性,文章基于块石气冷路基模型计算得到温度场,通过Surfer及Auto CAD软件后处理后得到含冻融界面的几何模型。将其导入有限元数值计算软件,分别赋予不同土层随温度变化的力学参数,采用匹配了Mohr-Columb准则的D-P准则下的强度折减法,分别计算了高温多年冻土区块石护坡在运营第5年、20年和50年时的安全稳定系数。结果表明:不考虑冻融界面情形下,路基边坡潜在破坏模式为路基内部整体破坏;而考虑冻融界面情形下,路基边坡潜在破坏模式为黏性土处冻融界面处局部破坏。最后,通过与之前学者的研究结果对比,发现考虑冻融界面情形下,路基边坡安全系数与路基热稳定性呈正相关,计算结果较为合理。
为了研究多年冻土区地基融沉效应对路面结构应力状态的影响,基于水-热-力耦合作用理论,利用COMSOL有限元软件建立了冻土区连续配筋混凝土路面(CRCP)有限元模型,研究了基层与底基层材料参数、面板厚度与模量、配筋率对CRCP路面结构组合应力的影响,提出了适用于多年冻土区CRCP路面的合理结构形式.结果表明,地基融沉效应对于CRCP路面结构应力影响显著.融沉效应和车辆荷载耦合作用下,板内最大主应力随时间推移逐渐变大.板内最大主应力随面板、基层和底基层的厚度增加而减小,随各层模量的增加而增大,但配筋率的变化对其无影响.考虑融沉效应时,CRCP路面板+水泥稳定碎石+石灰土的路面结构较适宜于多年冻土区,可为多年冻土地区CRCP路面结构设计提供参考.
为了治理冻土区埋地油气管道管沟融陷工程病害,通过对管道病害现场调查,结合现场地质勘探、含水量试验测试及管周土体温度监测,分析了融陷病害的发生机理,并结合管沟融陷形成因素,提出了相应的防治措施。结果表明:冻土区埋地油气管道管沟融陷病害的发生与地层土质、土体含冰量、冻土类型、管道热扰动及施工方式等因素有关;冻土区埋地油气管道的敷设应选择合理的施工季节,综合分析冻土环境因素,确定合理的管道埋设深度,设置管道隔热保温措施,加强管道运行状态监测和科学管理,从而保证管道安全运行。研究成果可为冻土区埋地油气管道的设计、施工及安全运营提供借鉴。(图3,表1,参19)
青藏高原脆弱的生态系统以及人类工程活动,加剧了青藏工程走廊线性工程两侧沙漠化、荒漠化发展趋势,尤其冻土块石路基面临日益严重的风积沙灾害问题。以多年冻土区高等级公路块石路基为研究对象,采用数值模拟分析风积沙环境下封闭块石路基的降温性能和长期热稳定性。结果表明:风积沙堆积对封闭块石路基下部土层冻土温度的影响程度高于冻土上限,1.0 m湿沙工况降低冻土温度,0.2 m干沙则增大冻土温度。升温背景下,随年平均气温增加风沙堆积对路基冻土上限影响程度增强,干沙增大冻土融化深度,湿沙抬升冻土上限。随冻土含冰量减小,路基中心冻土上限对气候升温敏感性增加,风沙堆积影响减弱。气候升温和风沙堆积条件下,在年平均气温低于-5.5℃时,宽幅沥青路面封闭块石路基能够满足降温要求,使人为冻土上限保持在块石层内。研究成果可为风沙危害区多年冻土块石路基的病害治理和拟建青藏高速公路块石路基设计提供科学依据。
山地多年冻土的异质性影响其植被类型的分布特征,且对有机碳的分布也具有重要影响。通过采集黑河上游多年冻土区三种典型植被类型(高寒沼泽草甸、高寒草甸、高寒草原)8个活动层的土壤样品,测定其土壤有机碳密度及其理化性质。结果表明:高寒沼泽草甸土壤有机碳密度最高(49.50kg·m-2),高寒草甸次之(11.22 kg·m-2),高寒草原最低(7.30 kg·m-2)。土壤有机碳密度的剖面垂直分布特征具有差异性,高寒沼泽草甸土壤有机碳密度随深度变化不明显,高寒草原和高寒草甸土壤有机碳密度随深度逐渐减小,存在显著的表层聚集性。有机碳密度与土壤含水率和细粒含量呈显著正相关,与pH值呈显著负相关关系。一般线性模型结果表明土壤含水率、pH值和土壤颗粒组成解释了96.39%的有机碳密度变异,其中土壤含水率贡献了81.53%,pH值和土壤粒度分别贡献了9.33%和4.75%。研究表明多年冻土区不同植被类型土壤有机碳密度分布特征具有明显差异,山地多年冻土土壤含水率是控制有机碳密度分布特征的重要影响因素。
以大兴安岭北部根河、呼中和汗马冻土区落叶松和樟子松为样本,建立了五个树轮宽度年表,并计算获取了五个样点的树轮截面积指数(BAI)序列。树轮BAI-气候响应关系分析表明,气温为这一地区落叶松和樟子松生长的主要限制因子;但落叶松和樟子松对气候变化的响应存在差异。落叶松BAI与3月平均气温,樟子松BAI与前一年12月至当年4月平均气温均呈显著负相关。考虑到水热综合影响,落叶松BAI控制因子由1957-1990年与其呈显著正相关的1月份SPEI转变为1991-2013年与其呈显著正相关的1-4月SPEI和与其呈显著负相关的3月份平均气温;樟子松BAI控制因子则由1957-1990年与其呈显著负相关的2月和8月份平均气温转变为1991-2013年与其呈显著正相关的7月份降水量和6-7月SPEI。结果表明,在全球变暖背景下,水热环境改变使得冻土区树木生长限制因子发生变化。
陆域天然气水合物作为一种未来开发潜力最大的非常规清洁能源而备受各国政府青睐,目前国内外对陆域水合物形成条件的研究集中于4个重点方向:温度-压力、气源、气体运移及水合物的圈闭,大量的研究表明最为直接的条件为温度-压力和气源,而圈闭则决定水合物的成藏规模。同时水合物的形成机制也成为研究的热点。近年来,我国学者依据陆域水合物形成的温压条件而做出的理论预测曾成功地指导了祁连山冻土区水合物的发现。然而,地处海拔4 600多米的北羌塘青南冻土区有着比祁连山水合物产出地更佳的水合物形成条件,但至今未获得找矿成果突破,还存在二叠系烃源岩中有机质的沉积环境不明、气体成因不清及烃源岩综合评价缺乏标准等诸多问题。对国内外在水合物形成条件等方面进展的总结将给青南地区今后水合物勘查诸多有益的启示,如冻土厚度及类型、烃气成因、断层、圈闭和储层等因素对水合物形成及成藏等方面的影响。
