积雪对下伏活动层、融区和多年冻土管基的水热和水文状态影响很大，同时对其力学性质和冻融灾害的发展变化也可产生重要影响。本文以中俄原油管道基础为研究对象，建立了随积雪深度动态变化时，在管道运行和有冰水相变条件下的埋地管道与周围管基土热相互作用的数值模型。研究结果表明，同一区域不同上边界条件对冻土温度场影响差异较大，尤其是当上边界条件中考虑实际的积雪影响时，会极大地影响管基土温度场的分布和活动层厚度。在30年管道运行影响下，地表有雪和无雪条件下的最大融化深度分别达到6.32 m和5.39 m，并且冬季积雪的存在导致土体温度上升，加剧了管基土的融化，导致管道正下方融化层不断增厚；有雪条件下地表0.05 m和1.00 m埋深处每次达到的地温最小值比无雪条件下高4.5℃和2.4℃左右，每年达到地温最小值时间也比无雪条件延缓10 d左右。因此，建议在管道设计和维运时充分考虑积雪对管基土的影响，采取相应管护措施，减小管道和积雪共同作用时对管周土体的影响。

青藏高原热喀斯特湖分布广泛，近年来在气候变暖背景下快速发展。热喀斯特湖的形成和发展与地下冰含量及气候变化有着密切关系，强烈影响多年冻土的热稳定性。为了更深入理解在气候变暖背景下热喀斯特湖的发展及其对下伏多年冻土的影响，以青藏高原北麓河地区一个典型热喀斯特湖的长期监测数据为资料，发展了耦合大气—湖塘—冻土三个过程要素的一维热传导模型，模拟了四种不同深度热喀斯特湖在气候变暖背景下的发展规律及其对多年冻土的热影响。结果表明：浅湖（<1.0m）在目前稳定气候背景下处于较稳定状态，湖冰能够回冻至湖底，对下伏多年冻土影响较小；较深湖塘（≥1.0m）冬季不能回冻至湖底，湖深不断增加，且底部在50年内将会形成不同深度的融区。随着气候变暖，热喀斯特湖的热效应显著，深度快速增加，较深湖塘的最大湖冰厚度减小，底部多年冻土快速融化形成开放融区。研究将有助于理解气候变化对青藏高原多年冻土区地貌演化及水文过程的影响。

以共玉高速一期工程为依托,利用FLAC3D有限差分软件分析路面结构在水热力耦合作用下的沉降变化规律。结果表明:半刚性基层、复合式基层和柔性基层沥青路面沉降变形规律相同,路中沉降变形最大;柔性基层路面结构在初始阶段承载能力低,变形较大;随时间增加,半刚性路面变形增长最快,复合式路面次之,柔性路面最慢;推荐多年冻土区高等级公路优先采用柔性基层沥青路面结构。

针对多年冻土地区填方路基温度场对路面结构稳定性的影响,建立路面结构有限元数值模型,从填方路基高度、季节变化、地温条件、"阴阳坡"效应4个方面对多年冻土地区填方路基温度场分布特征开展研究。研究表明:坡脚处不同深度位置温度均随时间增长而呈周期性增长,其中0～5年时间内温度增长速率较快,前5年年均增长率约为3.2%3.5%,第5年之后,温度增长变缓,增长速率约为0.8%1%;10月的路基外天然地面达到最大融深,路面下融化盘达到最大,路基体处于最不利状态。第5年开始,未回冻融化夹层明显向阳坡侧偏移,普通路基融化盘呈扁平状,阴阳坡路基融化夹层则沿阳坡方向呈长条形;"阴阳坡"路基由于路基两侧温差较大,改变了传统"凸"形融化盘形态,融化峰面阴坡侧高、阳坡侧低,形成了天然滑动坡面,滑动面起于阴坡融化峰止于阳坡坡脚融化盘,10月的融化面处于最不利季节,对路基稳定性造成威胁。研究表明在多年冻土地区路基选择和修筑时,应充分考虑温度场变化对路基及底部多年冻土的影响,填方路基高度要有合理控制区间,考虑"阴阳坡"效应对路基稳定性的影响,做好路基阳坡面的防护措施,研究结果...

了解多年冻土内部的水热过程对寒区工程规划和建设的辅助决策具有重要意义.冻土的水分迁移与温度变化密切相关,然而传统的经验模型局限性大,对水热物理过程考虑不足;陆面过程模型所需的驱动数据多且很难准确模拟深层土温,尽管数值模型在工程上应用的比较多,但很少应用到冻土的演化过程中.基于非饱和土壤渗流和热传导理论,实现了冻土水分场与温度场的水热耦合数值模拟.以唐古拉综合观测场为例,将数值模拟结果与观测数据进行对比,验证水热耦合数值模拟的有效性.结果表明:模型对土壤温度模拟效果较好,15 m以上R2在0.88以上,RMSE在1℃以内;水分模拟尚可,但仍存在一定误差,R2在0.7以上,RMSE在7.65%以内.模拟的活动层厚度约3.6 m,年平均地温所在的深度约为15 m,与实测值基本一致.该水热耦合模型可用于研究多年冻土区土壤水热变化规律.

分析了冻土地区土壤水热迁移的影响因素,探讨了冻土水热迁移的研究方法及成果。建立了考虑相变潜热及土壤冻结后含冰量的土壤水热耦合温度场模型,并进行了数值求解,得到了冻土区不同深度土壤的水热耦合温差场,总结温度变化趋势的规律。

人工冻结法施工技术是软土地区隧道施工的一种经济可靠的方法,在上海地区得到了多次成功应用。不过,由于计算理论的不完善,也出现过诸如上海地铁四号线透水的重大工程事故。在冻结法施工过程中,冻土帷幕的温度场分析是非常重要的环节。作者对冻土的物理和力学性质作了相关的定性分析。通过相关的研究资料和实验数据总结了具有实用意义的单孔和单排孔温度场温度计算理论公式,并运用Ansys有限元软件,结合上海长江隧道工程冻结法施工的相关施工数据,建立了单排冻结孔数值计算模型。通过理论计算值、数值计算值和实际监测信息的比较,得出了单排孔冻结帷幕温度场发展变化的相关规律。

冻土路基中水、热随气候的变化是不均匀的 ,由此引起的土性变化也是不均匀的 ,土性的不均匀变化导致路基不均匀变形 ,当路基中的不均匀变形超过容许值时 ,路基便产生破坏 ,冻土路基土性的动态变化及由此引起的变形差异 ,是冻土路基设计中应注意的关键问题。基于此 ,在现有土力学弹塑性理论和流变理论的基础上 ,模拟水、热及土性的动态变化 ,建立了冻土路基应力及变形的二维数值模型 ,模型考虑了冻土的流变变形、自身体积变形和瞬时变形 ,重点考虑了土性变化情况下土的流变变形和瞬时变形特征