受气候变暖影响,青藏高原多年冻土目前处于退化状态,将会对多年冻土区的工程稳定性及生态环境产生显著影响。基于青藏铁路沿线多年冻土区4个气象站1955～2011年的气温及风火山冻土定位观测站阳坡侧15 m和阴坡侧35 m两个天然测温孔连续35年的实测地温资料,对年平均气温变化特征和多年冻土退化过程进行分析。结果表明:青藏铁路沿线多年冻土区的年平均气温从20世纪50年代后期开始逐渐升高,进入70年代后呈下降趋势,80年代中期又开始逐渐升高,2000年左右开始加剧上升,升温速率呈逐渐增大的特点;风火山地区阳坡侧多年冻土年平均地温在1978～2014年升高0.91℃,阴坡侧在1964～2014年升高0.58℃,多年冻土处于退化状态;在多年冻土的退化过程中,地温曲线类型发生着转变,阳坡侧地温曲线由最初的正梯度型转变为过渡的零梯度型,又转变为目前的负梯度型,阴坡侧地温曲线目前处于正梯度型向零梯度型过渡的阶段;阴坡侧多年冻土的退化程度远小于阳坡侧,阴阳坡冻土特征的差异主要是由寒季地温差异造成的;天然上限对年平均气温的变化较为敏感,其变化规律与气候变化规律呈显著的相关性。
详细分析了青藏铁路沿线多年冻土腹部风火山地区近30年来地温场的变化规律,从年平均地温、天然上限等多角度论证了青藏铁路沿线的多年冻土处于衰退状态。多年冻土的退化将导致地基强度的降低,影响建于其上的青藏铁路的稳定性,因此需要增加能够通过主动降温来保护多年冻土区铁路路基的工程措施,以保证青藏铁路的安全运营。
根据青藏高原东部地区高温多年冻土地段的自然地理及地质水文条件,利用部分试验路段的实测资料,对该区在分别修建不同高度的沥青、水泥混凝土、砂砾路面后路基的热稳定性进行了模拟分析,根据计算结果就不同路面类型在该区高温冻土地段的适用性进行了探讨。
准确确定高纬度地区多年冻土的天然上限深度及其变化规律对于冻土地区铁路工程的设计和施工至关重要。传统现场勘探测温的方法,虽然比较准确,却有很大的时间限制,在非最大融化深度季节无法确定多年冻土的天然上限深度。为了能够在任何勘测季节都可以获得多年冻土的天然上限资料,本文在对大兴安岭多年冻土地区的多年勘测、测温资料的分析研究基础之上,总结推导出了4种比较行之有效的计算多年冻土天然上限的方法,对于快速而准确的确定多年冻土天然上限具有很好的指导作用。