冻土地下水系统不仅在寒区水文循环中扮演着重要的角色,同时也在寒区水文过程和地表过程及其科学研究中起到了集蓄、融冻和泄流等至关重要的作用。近几十年随着全球气候变暖及人类活动(寒区工程量)的增加,冻土退化趋势显著,这一过程改变了寒区的水文地质条件,导致地下水动态特征发生显著变化,从而引起一系列的生态环境变化。近些年,诸多学者通过构建水热耦合模型来研究冻土地下水的运动机理、分布状况和季节动态,促进了寒区地下水理论知识的发展,推动了寒区水文地质知识体系的进步。本文主要针对目前我国多年冻土区地下水的研究现状进行了分析、整理、归纳,为进一步研究气候变化下地下水系统的发展与演变,以及对生态环境的影响提供参考依据。

在多年冻土区,线性工程(公路、铁路、输油管线、输电线路等)的修建和运营对沿途周边的冻土热状态、土壤理化性质、水文过程以及陆面过程产生显著影响,生态环境发生明显改变并对冻土的工程稳定性产生显著影响。冻土工程作用下的生态环境变化是冻土学近年来研究的热点之一,通过文献综述,对冻土区线性工程的主要特征,以及近几十年来工程影响下冻土环境和植被变化研究进展与现状进行了总结和归纳,在此基础上,探讨了多年冻土区工程建设存在的主要生态问题。目前,生态环境各要素对工程的反馈研究十分丰富,但是生态环境要素与工程相互作用的机理、过程的研究还需完善。在以后的研究中应重点拓展有效的监测手段,为冻土区生态环境监测和研究服务;同时,在深入理解寒区工程建设对生态环境作用机理、过程基础上,积极开展冻土区工程环境容量阈值评估以及生态环境变化预测研究,为寒区大规模工程建设与生态环境和谐发展提供理论支持与对策建议。

本文通过对文献资料参阅,从三个方面总结了学者们对冻土性质的研究情况:一是学者们主要通过冻土的三轴剪切试验,研究了冻土在静荷载下的各物理力学参数与温度、含水率、围压、剪切速率以及冻融循环次数的关系;二是针对公路、铁路路基进行冻土动荷载下的性质研究,得到了动应力动应变变形规律以及残余应变与温度的关系;三是研究者们结合宏观与微观,通过分析土体内部颗粒接触关系、连接形式以及颗粒状态来研究冻土强度变化机理。文章可以帮助读者了解冻土的性质和目前的研究结果。

天然气水合物是一种资源量丰富的新型能源。本文概述了国内外冻土区天然气水合物的最新研究进展,简要介绍了内蒙古自治区多年冻土的分布情况和地质概况,认为根河-拉布达林一带多年冻土区具备天然气水合物赋存条件,并提出了内蒙古多年冻土区天然气水合物勘查开发建议。

本文简述了冻土动力学的发展现状及研究进展。分析了冻土的动弹性模量及测试方法,冻土强度和破坏试验的研究,对冻土动力学研究方向进行展望。

中国作为世界第三大冻土国家,拥有可观的天然气水合物前景,目前已知中国冻土带主要分布在青藏高原和东北漠河盆地两大区域,同时零星分布于西部各高原地区。中国于2002年开始对陆域冻土带进行了试探性勘查研究,并于2008年底在青藏高原祁连山脉木里地区永久冻土带钻获了天然气水合物的实物样品。研究至今,国家已先后在祁连山地区、风火山—乌丽地区和东北漠河盆地等地区开展了水合物的勘探研究。随着中国对冻土区天然气水合物研究的提速,对于当前水合物的勘探开发开采技术也提出了新的挑战。另外,当前许多水合物有利远景区由于气候环境恶劣,工作条件有限,使得该区域的研究依旧很缓慢,这些都构成了目前中国对冻土区水合物研究的困难,同时也为未来的水合物研究提供了发展方向。

天然气水合物因其巨大的能源意义成为近年来研究的热点。从成因特征、赋存特征、物理化学特征和地球物理特征4个方面系统地论述了冻土区天然气水合物的基本特征。中国冻土区主要包括青海祁连山及可可西里—风火山—乌丽冻土区、西藏羌塘地区和东北漠河地区等远景区。根据现有研究,各冻土区天然气水合物资源量丰富,然而冻土区气候和环境条件制约着天然气水合物研究工作进展,应在加大水合物理论研究的同时开展水合物识别技术、钻采工艺研究,早日由寻找、勘探阶段进入开发钻采阶段。

人工冻结技术在深部地下工程施工中的广泛使用,使人们更加迫切地认识到对深土冻土力学研究的必要性。本文通过分析目前国内外对深部岩土工程的认识,在前人对深土及深土冻土理解的基础上,考虑深土冻土形成过程的特殊性及受力特点,从新的角度给出了深土冻土及深土冻土力学的概念,阐述了深土冻土力学的主要研究内容。最后通过对深土冻土力学研究现状的分析,从深土冻土室内物理力学试验研究、大型模型模拟研究、理论模型研究以及工程应用等四个角度讨论了目前室内进行深土冻土力学研究所面临的主要问题。

多年冻土区蕴藏着丰富的矿产资源,矿业开发已成为多年冻土区经济发展的主要产业之一.但是,在其开采过程将不可避免地受到冻土的影响,也造成多年冻土区生态环境恶化的影响.在西部大开发的进程中,能源需求量逐渐增加,而多年冻土区矿山露天开采量逐渐减少,开展多年冻土区矿山地下开采相关的研究工作显得尤为迫切.在分析和总结前人研究成果的基础上,综述了近年来国内外有关多年冻土区矿山开采问题的研究现状,并详细介绍了多年冻土区矿山开采过程中围岩热力学性质的变化规律及其施工技术以及冻土环境保护的定性定量评价,最后概述了多年冻土区类似工程的研究方法的借鉴性,并在此基础上提出了今后的研究方向.

中国具有广大的季节冻土和多年冻土区,在冻土地区进行工程建设,就必须深入研究冻土的力学特性,以确保冻土地基上工程建筑物的稳定性。本文首先,简要介绍了我国冻土的分布状况和冻土区别于融土的基本特性,广义的冻土力学可分为冻融作用和已冻土力学性质两方面,冻胀、融沉和冻融循环引起的土力学性质的变化属于冻融作用的范畴。对于冻胀的研究较为深入,人们先后提出了多个理论来解释冻胀产生的机制,有的应用于计算分析中。对融沉的研究尽管具有较长的历史,但是多数停留在经验方法上,融化固结理论目前还有较大的局限性,因此提出一方面可以用人工神经网络法提高经验方法的精度和适用范围,另一方面应当发展融化固结大变形理论;冻融循环可以改变土的力学性质,介绍了作者的最近研究进展。针对已冻土的力学特性,从3方面进行了分析。冻土的强度主要沿用融土的强度理论,很难反映高应力下的压融现象;冻土动力学特性主要针对温度对动力学参数的影响,近年来冻土层对场地动力响应的影响越来越受到重视;冻土的本构关系多集中在蠕变研究,以经验公式法为主。最后,分析了多年冻土地区工程变形所涉及的物理力学过程。