中国-俄罗斯原油管道工程(漠河-大庆段)冻土工程地质考察与研究进展

在2005—2007年期间,先后3次对中国-俄罗斯原油管道漠河-大庆段沿线的冻土工程地质条件等进行科学考察,开展了冻土工程地质条件及其在气候变化和人类活动作用下的评价和预测研究.考察研究结果表明:管道沿线多年冻土在各类融区、季节冻土和水系等分隔作用下呈片状或岛状分布,沿线岛状、稀疏岛状及零星岛状占多年冻土区段的40%左右;管道沿线多年冻土随着气候的转暖和人类活动的影响不断退化.地形地貌单元、植被分布、地表水分条件的变化等局部因素对多年冻土的分布和地下冰的赋存产生重要的影响,管道沿线大约分布有50 km左右的沼泽湿地,其表层为腐殖质土及泥炭层,泥炭层下面分布着含土冰层或地下冰,是管道沿线最差的冻土工程地质地段;由于中俄原油管道沿线水系发育多,冻胀丘、冰椎和冰幔等不良冻土现象广泛分布.科学考察的成果为管道沿线冻土工程地质条件评价和预测、管道的稳定性影响分析以及后期的长期检测系统设置等研究奠定坚实的基础,进一步为即将开工的中俄原油管道漠河-大庆段工程的设计、施工提供科学依据.

中国东北大兴安岭多年冻土与寒区环境考察和研究进展

由于东北地区最近150a来的显著气候变暖和清朝开禁政策以来强烈的人为活动影响，东北地区冻土和寒区环境已经产生了显著变化．由于社会经济活动日益增多和许多重大工程建设需要，及其寒区水文、生态环境的显著、急速恶化，继20世纪50—60年代大规模经济开发时的冻土研究高潮之后，东北地区冻土和寒区环境问题再次成为国人关注的重要问题．为研究中国-俄罗斯原油管道工程（漠河-大庆段）的气候变化与冻土退化对管道工程地基基础长期稳定性的影响问题，中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室在2007年7—8月组织了“大兴安岭多年冻土与环境”科学考察，考察的主要区域涉及大兴安岭西坡从漠河（不连续多年冻土区）至阿尔山（多年冻土南界和下界附近）以及东坡从漠河、大杨树（零星岛状多年冻土区）至嫩江平原北部大庆附近（季节冻土区）．考察中发现多处重要古冻土遗迹和重新研究了乌玛和伊图里河不活动冰楔群，取得了大量第一手资料，以研究第四纪，特别是全新世以来，多年冻土和寒区环境演化和变化．考察过程中，对大兴安岭（漠河-黄岗梁）和长白山的针叶林优势种（兴安松和章子松）树木年轮进行了系统采样，以详细研究小冰期晚期以来的气候和环境变化．考察结果表明：最近50a来，受显著气候变暖和强烈人类活动影响，东北多年冻土已经产生显著退化，南界有较大幅度（40～120km）北移．根据最新预测表明，在未来50～100a气候变暖情景下，多年冻土将继续退化，但面积上的变化将较慢．这可能归结于东北地区较好的地表覆被条件和丰富的地下冰、雪盖减少，以及可能显著增强的西伯利亚-蒙古冷高压在冬季形成的强大、稳定和广泛的大气逆温层结对兴安-贝加尔型冻土的控制作用．

工程活动下的冻土环境研究

冻土与人类活动及环境息息相关 ,人类工程活动能诱发冻土环境、生态环境变化和冻融灾害及工程稳定性变化 ,因此 ,人类工程活动下的冻土环境变化及冻融灾害问题已日益引起国内外冻土研究的重视 .人类工程活动加快了冻融过程变化 ,产生了极大的负面影响 .文章主要从冻土稳定性、地面敏感性评价 ;冻土环境与工程建筑物的稳定性及相互关系 ;冻土环境保护和土地合理利用 ;

寒区冻土环境与工程环境间的相互作用

从冻土环境和工程环境相互作用着手 ,分析了青藏公路建设过程中的冻土环境破坏、环境保护状况及冻土环境保护对工程建设的重要性 ,同时对正在拟建的青藏铁路 ,阐述了人类经济活动对冻土环境和工程环境的影响 ,并初步提出寒区冻土、工程环境质量监测。

冻土工程与环境研究的新进展——第八届国际冻土工程会议回顾

2009年10月在西安召开第八届国际冻土工程会议,就冻土地区工程设计与建设、季节冻土区工程冻害防治、冻土物理力学特性、模型发展及其应用、寒区气候、环境及冷生变化、多年冻土水文学、寒区水资源和土地应用等主要议题进行了广泛交流,报告了近年来冻土工程与环境研究方面的一些新进展.从冻土工程设计、施工和评价、普通冻土研究、冻土的物理力学性质、冻土模型发展及应用、气候变化及冰冻圈环境等方面对该次会议交流的成果进行了总结.与会研究者认为今后的研究一方面要加强理论研究、工程措施机理研究;另一方面要加强寒区环境对气候变化的响应及反馈、以及环境变化与冻土工程措施之间的相互作用研究.

中俄管道(漠河-乌尔其段)多年冻土环境工程地质区划和评价

在汇总大量勘察资料的基础上,充分考虑冻土区输油管道工程的特点,以及管道与冻土之间的相互作用和过程,重点阐述中俄输油管道沿线多年冻土环境工程地质条件,确定出中俄管道沿线冻土环境工程地质区划原则和指标。按不同类型多年冻土的区域分布规律及面积比率,并考虑地温、厚度及植被变化等特征,分成4个冻土工程地质区,即漠河—瓦拉干片状冻土区、瓦拉干—劲松大片融区的多年冻土区、劲松—加格达奇岛状多年冻土区和加格达奇—乌尔其零星多年冻土区。然后按多年冻土含冰(水)量类别,并兼顾土层冻胀、融沉分类级别,又在4个区内共划分出151个冻土类别地段,依次按区分级进行评价,最后将这151个地段归纳为4种类型的工程地质地段:良好、较好、不良、极差。

青藏工程走廊冻土环境工程地质区划及评价

文章采取层次分析和综合评判的三级区划方法,分别考虑冻土的类型、热稳定性和含冰(水)量,将西大滩至安多间的青藏工程走廊划分为3个工程地质区、20个亚区和51个地段,按区(段)简要评价了冻土工程地质条件和寒区环境。文章对青藏工程走廊进行了较全面的冻土工程和寒区环境工程地质综合评价,能为工程设计、施工和运行维护、融冻灾害整治和环境管理提供科学依据。

青藏公路多年冻土区冻土工程研究新进展

系统回顾了青藏高原多年冻土区公路工程冻土研究的过程和研究的内容 ,重点阐述了 90年代开展的冻土研究的研究成果 ,从冻土工程地质、路基下冻土温度场、冻土环境的影响、冻土工程分类、地理信息系统 5个侧面 ,来反映近年来在青藏公路研究中所取得的研究成果 。

遮阳棚在寒区道路工程中的应用研究

基于室内试验资料结果,结合数值模拟,以及风火山地区地温资料和风火山实验场现场观测资料,针对遮阳棚对公路铁路沿线路基底下多年冻土的保护作用以及对多年冻土上限的抬升效果进行了对比分析,进一步证实了遮阳棚措施的优越性和可行性。遮阳棚能有效阻挡减少太阳对地面地辐射,使得冻土上限得以较大幅度抬升,对保证道路安全与畅通起着至关重要的作用。

微生物对冻土生境的适应以及对全球变化和寒区工程扰动的响应:进展与展望

多年冻土这一极端的生境中,温度、营养物质、冻融过程等因素深刻影响和限制着冻土中微生物生理、代谢途径和生态结构.低温胁迫下,冻土中微生物从形态、生理和生化水平发展了特殊的耐受机制.冻融过程对细胞产生直接危害,并通过调节水盐、营养条件输送而间接地影响微生物活动.寒区工程扰动下垫面和周边一定范围内冻土的水、热、力学平衡,由此也改变了微生物赖以生存的微环境,破坏了地表植被和下伏冻土中微生物的联系.寒区油气管道泄漏后严重地污染土壤,并毒害和抑制冻土中微生物.冻土区微生物数量及生物多样性的波动与冻土的后生冷生作用以及生物地球化学循环密切相关.它们可能记录了冻土的发育、全球变化和生态环境变迁的重要信息.全球变暖背景下,冻土区微生物对有机碳和温室气体的束缚、吸收、运移和最终排放发挥着重要的作用,在全球碳氮循环和对气候系统的反馈中扮演重要角色.

格尔木-拉萨成品油管道沿线冻土工程和环境问题及其防治对策

格尔木拉萨成品油管线穿越青藏高原腹地多年冻土区,沿线气候严寒、冻土工程地质条件复杂.几十年来,气候变暖和人类活动已经对管道沿线的冻土环境产生了显著影响.总结了自运营以来格拉管道出现的冻土工程问题及管道沿线的生态环境问题,并就各种问题给出了相关措施和建议.同时,提出了该区管道建设和寒区环境研究的方向应包括加强管道内外检测、对管道进行风险评价、提高管道自动化管理水平、建立冻土长期监测体系以及保护沿线的生态环境等.

冻土区输油管道工程基础稳定性研究

寒区管道基础设计和施工必须考虑沿线的地形和环境条件对冻胀和融沉,以及相应的管道工程基础和结构整体性的影响。输油管道工程需要充足的科研投入、论证及决策时间。在此基础上,采用一系列创新设计来保护(或预先融化)冻土,抑制融沉。这些研究围绕的关键问题是温热及环境温度油管在多年和季节冻土中的水热效应、差异性冻胀及融沉所导致的管道变形破坏。这些研究对可能出现的问题进行及早发现、充分理解、正确预测以及最终合理的设计、施工和维护至关重要。

寒区线性工程沿线冻土区的植被恢复

寒区油气管道、公路、铁路等线性工程占地、建设和开挖对沿线寒区生态环境是一个切割、破碎的过程,对自然植被和下伏冻土造成了很大的扰动.管道泄露引发的油污还可引起植被的退化和死亡.植被覆盖层破坏后改变了原有的地气界面之间的水、热交换条件和力学性质,反过来又可加速引发下伏冻土和线性工程地基的退化.基于保护线性工程地基及下伏冻土的目的,同时顺应环境保护的要求,目前就寒区线性工程的植被恢复问题已经有许多探索和实践.当前,寒区植被恢复注重最低限度的人为介入干预下的自然恢复,根据线性工程沿线土壤、湿度、营养条件、物种分布和丰度,视具体情况选择物种,确定建植方法.阿拉斯加管道和青藏铁路植被恢复上的经验和方法,可为拟建的冻土区中俄输油管道项目沿线的植被恢复问题提供科学的参考和借鉴.

多年冻土区道路工程病害类型及特征研究

多年冻土及多年冻土区恶劣的环境给工程构筑物的建设及维护带来了极大的挑战。以青藏工程走廊内的青藏公路、青藏铁路两大道路工程为研究对象,系统论述了其路基工程、桥梁工程、涵洞工程的主要病害类型及分布特征。现场调查显示,青藏公路80%的路基病害由多年冻土融沉所引起,主要表现为严重的不均匀沉降变形和纵向裂缝,且主要发生在高填方路基上。这两种病害与多年冻土地温及含冰量密切相关,地温越高,含冰量越大,病害越为严重。青藏公路桥梁工程的病害主要集中在附属工程及上部结构上,而涵洞工程病害则主要由冻胀、融沉作用、泥石流淤积、冰塞以及施工原因导致。青藏铁路沿线现场监测及调查结果表明,目前铁路路基病害主要为高温冻土区普通路基的(不均匀)沉降变形、纵向裂缝、路桥过渡段沉降变形、风沙灾害及块碎石材料风化引起的冷却路基结构失效等。此外,青藏工程走廊内广泛分布着包括冻胀丘、冰椎、冰幔、热融湖塘等不良冻土地质现象,当上述不良地质现象与工程接近时,会对道路工程的稳定性造成威胁,严重时可导致一些工程病害的发生。

多年冻土区桥梁工程钻孔灌注桩温度场研究

针对多年冻土区钻孔灌注桩施工中混凝土水化热对冻土温度扰动问题,以青藏公路214沿线查拉坪旱桥桩基为实例,结合桩基施工完成后现场地温观测数据,进行了钻孔灌注桩水化热对桩周土体温度的影响研究,并分析桩周土回冻过程中地温场的变化规律.结果表明:混凝土水化热对距桩0.6 m与0.9 m处冻土温度影响较大.距桩2 m的测温孔温度曲线受混凝土水化热的影响较小,可以忽略.桩基施工完成后33天后桩侧开始出现负温,119天后桩侧各土层均降至负温,134天后桩侧土形成稳定冻土,201天后桩侧各土层温度与天然孔较接近.

广州地铁隧道冻结工程冻土力学特性试验研究

人工冻结工程中,天然岩土变为冻岩土,其物理力学性质会发生显著变化,而隧道冻结工程的冻土力学参数,是冻结壁设计和隧道开挖的依据。据此展开室内试验,研究结果表明,在相同的土质条件下,温度越低,冻土的单轴抗压强度越高;当蠕变应力小于冻土长期强度时,可用方程ε=AσBtC描述冻土的蠕变过程;而当蠕变应力较大时,上述蠕变方程不适用;在加载应力作用初期,冻土的强度衰减很快,在设计中必须考虑冻土的长期强度,而不能用瞬时强度代替长期强度;在有补给水源的情况下,粉质粘土的冻胀率及融沉系数最大,分别可达26.88%和17.19%。

大兴安岭北部霍拉盆地多年冻土及寒区环境研究的最新进展

霍拉盆地位于我国高纬度大片连续多年冻土区的北缘.盆地内的冻土具有自中心向边缘厚度变薄、温度升高,至四周山地出现融区等特征,同时又受局地因素如地形地貌、地表覆被、地下水赋存规律及地质构造等影响,冻土分布、厚度及温度的空间格局在遵从普遍规律的基础上又具有差异性.近年来,随着全球气候变暖及人为活动的逐步增强,盆地内冻土及寒区环境变化显著,对矿区转型至关重要的核心景观月牙湖几近干涸.2013年6月、2014年5-7月先后2次对霍拉盆地多年冻土及寒区环境变化进行科学考察并展开初步研究.在盆地内根据不同地貌、地表覆被及人为活动强度布设8个地温观测孔并将进行长期观测,以期分析研究人为活动、植被等局地因子对冻土的影响及未来冻土与寒区环境变化;同时,对干涸的月牙湖底地形、地貌进行了调查并采集湖相沉积物样品,以确定月牙湖的成因并进一步分析湖区气候及环境变迁;对月牙湖畔湖心岛地下冰再次进行勘察,发现厚层地下冰正在逐渐融化;此外,盆地内广泛发育的热喀斯特现象亦表明该区域冻土正在退化.

国际冻土工程研究进展——第五届冻土工程国际学术讨论会综述

20 0 2年 9月 2～ 4日在俄罗斯雅库茨克市召开了第五届冻土工程国际学术讨论会 ,会议针对 4个专题进行了讨论 :土的物理和力学、多年冻土区工程建筑物的建筑和应用问题、开发有用矿床中的冻土问题和道路建筑 .通过此文将国际上的一些最新研究动态给予介绍 ,给从事寒区工程研究的工作者以借鉴 .

考虑局地因素坡向影响的青藏高原工程走廊冻土分布与制图研究

通过Pearson相关性分析,选取对青藏高原工程走廊多年冻土分布影响较大、在GIS技术支持下较容易量化的坡向因子,结合走廊内2000—2010年29个钻孔点的地温监测数据,建立了年均地温与坡向、纬度和高程的关系模型。根据高原冻土工程地温分带指标,制作了工程走廊内符合实际的冻土分布图,由面积统计结果知:多年冻土区占整个区域的94.06%,其中,低温稳定带占多年冻土区面积的15.94%,主要分布在风火山和可可西里的高山基岩区;低温基本稳定带占16.97%,主要分布在风火山及可可西里丘陵地带;高温不稳定带占48%,主要分布于可可西里和北麓河盆地东缘;高温极不稳地带占19.09%,主要分布于北麓河盆地和楚玛尔河高平原。

公路工程冻土类型划分研究

在总结分析国内外已有冻土分类方案的基础上 ,针对中国现行公路工程冻土分类标准中存在的不足之处 ,结合目前对青藏公路沿线多年冻土研究的最新成果 ,提出了以多年冻土含冰特征与多年冻土年平均地温的综合指标——冻土热稳定性为基础的公路工程冻土类型划分方案 ,并对所划分出的三种冻土类型给出了相应的冻土路基设计原则。