在多年岛状冻土区,公路的走向会使路基两侧坡面及其下伏土层的地温环境存在较大差异,从而导致路基结构发生不均匀热变形,继而引发纵向开裂、热融沉等严重的路基病害,直接威胁行车安全。掌握该类路基坡向性差异特征是提高公路设计质量,改善路基热稳定性的前提,因此,以实际工程为载体,采用有限元数值模拟方法,通过在路基两侧坡面施加差异性热流密度,对高纬高寒地区多年岛状冻土路基的坡向性热效应展开研究,研究结果表明:路基热稳定性会随着坡面热差异的增大而发生不均衡性变化,依据差异性热流密度条件下的路基位移场热响应情况,揭示了多年岛状冻土路基在不同状态下的坡向性热变形特征及可能诱发的路基病害。

【目的】北方泥炭地对气候变暖引起的冻土退化可能具有正负反馈作用,但其对采伐干扰引起的冻土退化如何响应却仍不清楚。【方法】采用静态箱-气象色谱法和相对生长方程法,同步测定温带小兴安岭岛状冻土区落叶松-泥炭藓沼泽不同采伐处理(D-对照、Z15-轻度择伐15%、Z45-强度择伐45%、J-皆伐)（采伐试验已10 a）样地的土壤呼吸年净碳排放量（CO2与CH4）、植被净初级生产力及年净固碳量及相关环境因子（温度、水位、化冻深度及土壤碳氮含量等）,并依据生态系统净碳收支平衡,揭示采伐干扰对温带岛状冻土区森林湿地碳源/汇的中期影响规律及影响机制。【结果】1)择伐(Z15和Z45)使其土壤CH4年均通量(0.07～1.53 mg·m-2h-1)提高5.7～6.4倍（P> 0.05）,皆伐却使其显著提高20.9倍（P <0.05）;2)采伐（择伐与皆伐）使其土壤CO2年均通量(84.94～106...

针对冻土上限较深的岛状多年冻土地基稳定性问题,本文提出了一种用石灰桩预融处理岛状冻土地基的方法。根据生石灰水化反应放热的特点,提出用石灰桩处理高温岛状冻土地基的桩体材料配合比计算公式,并开展了石灰桩模型试验。结果表明,石灰桩能有效融化多年冻土并对融化后的地基土起到挤密加固作用。保证石灰桩预融效果的3个关键要素是:桩体含水率应控制在15%～19%;从拌和到分层夯填完成时间须控制在5 min以内;生石灰粒径宜控制在6 cm以内。

多年岛状冻土区公路工程的主要问题是由于地温环境的变化,导致路基土体的热力学性质及路基内的"冰—水"相构发生改变,从而引起较大的竖向变形,直接威胁行车安全,掌握该类路基竖向位移的热响应规律是提高路基热稳定性的前提条件。因此,本文以实际工程为依托,采用有限元数值模拟方法,对其工后1a内的竖向热位移进行瞬态模拟分析,并与实测数据进行对比验证,提出了年周期内岛状冻土路基的竖向热位移发展过程可划分为:冻结阶段、恢复阶段和融沉阶段,并根据数值模拟结果,揭示了各阶段路基竖向热位移的变化特征。

永久性冻土隔热层遭到破坏,导致冻土融化引起的道路路基不均匀沉降是影响路基稳定性的主要因素。因此,路基施工首先考虑如何控制多年冻土层保护和正确评估冻土发生融化后的变形量。通过对冻土温度监测,为路基施工提供科学技术依据,提前做好施工方案、施工技术的相关准备,努力实现保护冻土隔热层、不破坏冻土结构和减少扰动冻土等目的基础上进行施工。

在多年岛状冻土区由于地温环境的变化,导致公路路基为达到新的热稳定状态而不断发生自适应结构变形。当路基的侧向变形过大时,就会引发边坡滑塌、纵向开裂等严重的路基病害,从而直接影响公路的使用安全。掌握该类路基侧向位移的地温响应规律是提高公路设计质量的基础前提,因此,文中以实际工程为依托,采用有限元数值模拟的方法,对工后一年内的路基侧向位移进行了瞬态模拟分析,通过现场实测对比,提出了高纬度地区多年岛状冻土路基侧向位移的年周期性地温响应过程可分为冻结、过渡和融化3个阶段,并根据数值模拟结果,揭示了各阶段路基侧向位移的地温响应特征。

多年岛状冻土区公路工程的主要问题是由于永冻土的不断退化,导致公路路基产生较大的不均匀变形,从而引发热融沉、路基纵裂及冻胀变形等严重的路基病害,掌握该类路基地温场的活动规律是解决其热稳定性问题的前提条件。因此,本文以实际工程为依托,采用有限元数值模拟方法,对其工后1 a内的路基地温场进行瞬态模拟分析,并与实测数据进行对比验证,从而提出了高纬度地区多年岛状冻土路基的年周期性的地温变化过程可分为冻结、过渡和融化3个阶段,并根据数值模拟结果,揭示了各阶段路基内地温分布特征、影响因素及变化规律。

以前嫩公路伊春至北安段为例,采用预制连锁快铺装维修和沥青混凝土罩面维修对因岛状冻土引起的路面沉降进行处理,并取得了良好的效果。

结合国道302线珲春至阿尔山公路工程经验,介绍了项目所在的岛状冻土地区不良地质情况及路基病害,简要分析了产生原因,并提出了处理方案。总结了岛状冻土区病害防治的关键性控制要素及防治原则。

植被退化是影响陆地生态系统和气候变化的一个重要因素,分析植被退化特征对植被生态治理与保护具有重要意义。应用Mann-Kendall法对2000-2011年岛状冻土区的植被退化过程及影响植被退化的驱动因素进行分析。结果表明,植被退化区域占整个研究区面积的15.05%,其中严重退化区域比例占1.42%,其余13.63%为轻微退化;退化区域主要分布于北黑高速路段两侧地区、东北部大河口林场外围区域及河漫滩周围的沼泽地;降水量与植被指数表现为正相关性,显著性P0.05,说明降水量是植被生长的主导因子;冻土退化产生地面渗水现象,归一化植被指数骤降0.26,同时在Mann-Kendall趋势曲线中突变点发生于2006年;岛状冻土退化伴随着土壤温度梯度发生显著的变化,植物的水分传导性脆弱,生长将受到抑制作用。研究结果可为高寒区生态系统的稳定发展和探寻水热条件变化规律提供空间数据支撑。