大兴安岭北坡多年冻土区植物群落分类及其物种多样性对冻土融深变化的响应

气候变化背景下冻土环境对地上植物群落的影响备受关注。鉴于此,选择了大兴安岭北坡作为研究区,应用双向指示种分析(TWINSPAN)和典范对应分析法(CCA)对大兴安岭北坡不同冻土融深的30个样地进行了群落分类,分析了物种多样性对冻土融深的响应。结果表明,1)研究区30个沟谷冻土样地植物群落可划分为3个群丛组,TWINSPAN的分类结果很好的反映了群丛组的分布与冻土融深的关系,即随着冻土融深由浅变深,群落由柴桦(Betula fruticosa)+狭叶杜香(Ledum palustrevar.angustum)-苔草(Carex subpediformis)群丛组逐渐过渡到柴桦(Betula fruticosa)-苔草(Carex subpediformis)群丛组和柴桦(Betula fruticosa)+细叶沼柳(Salix rosmarinifolia)-苔草(Carex subpediformis)群丛组,并在CCA二维排序图上得到了验证;2)地上植物群落的物种多样性指数随着冻土融深的增加表现出先上升后下降的单峰变化趋势;在50cm<PMD≤150cm时,物种多样性指数较高。研究结果对冻土区的森林管理以及生物多样性保护具有一定地指导意义。

深土冻土力学的研究现状与思考

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。

隔热层对深季节冻土区涵底冻深的影响及其优化设计

在深季节冻土区,涵洞的存在使其基础的冻结深度大于天然场地冻结深度,前者约为后者的2倍,工程中一般将铺设隔热层作为解决方法。本文通过等效厚度换算法比较现阶段3种常用隔热材料的优缺点;以哈大高速铁路上的试验涵洞为原型,运用有限元分析方法,对深季节冻土区涵底有隔热层涵洞的温度场进行数值模拟;为检验隔热层效果,改变隔热层铺设的位置、方式和厚度,分别进行数值计算,了解各因素对涵底冻深的影响,得到适合涵洞基础的最佳隔热层铺设方案。结果表明:泡沫混凝土是涵底隔热层的理想材料,针对试验涵洞,应在基础最上端铺设厚度38cm、比基础宽10cm的泡沫混凝土作为隔热层,这样可以减少涵底最大冻结深度,满足寒区工程需要。

物种多样性和生物量分布规律对冻土活动层埋深变化的响应

全球变化背景下,冻土环境变化对地上植被的影响是近年来倍受关注的重大科学问题。鉴于此,在长江源区冬克玛底流域分析了植物物种多样性和生物量空间分布规律及其对冻土活动层埋深变化的响应。结果表明,1)地上植被的物种多样性指数随着冻土活动层埋深的增加表现出非单调性递减;在冻土活动层埋深约2m时,物种多样性指数较高(Patrick指数、Shannon-Wiener指数和Simpson指数分别为:26.43±3.31,2.06±0.38和0.83±0.08)。2)生物量的垂直分布规律整体表现出地下生物量明显高于地上生物量,地下生物量占总生物量的63%～96%。3)地上生物量和地下生物量与活动层埋深均具有显著的相关性(R2=0.65,P<0.01;R2=0.79,P<0.01),随着活动层埋深的增加呈现出明显下降趋势。4)活动层埋深对0～40cm深度的地下生物量的垂直分布具有显著影响。活动层埋深约1m时,地下生物量垂直变化很小;活动层埋深大于1.5m时,呈倒金字塔形分布;活动层埋深大于3m时,10～40cm深度的地下生物量占总地下生物量的比例随着活动层埋深(3.11～4.81m)的增加而增加。

深季节冻土区涵洞热状况分析

为分析深季节冻土区涵洞对路基及其下地基热状况的影响,建立了涵洞温度场计算模型,基于已有的试验涵洞监测数据,对比分析了所建模型的可靠性,再在该模型基础上,通过改变材料参数和模型尺寸,进行不同情况下的数值计算。结果表明:模拟季节冻土区涵洞温度场时,需要充分考虑热对流效果,忽略填土热对流效果是不合适的,考虑热对流效果的模型在定性和定量上均与现场监测情况一致;在季节性冻土区涵洞设计工作中,应该采取一些积极措施避免或减少对流传热对涵底冻深发展的影响;涵底最大冻结深度随着含水量呈三段式的变化规律:随其增大先减小,后减小速度变缓甚至冻深略有增加,最后又趋于减小;寒区涵洞内径的尺寸对涵底冻结深度方面的影响较大,而净高对涵底冻结深度方面的影响很小,可以不考虑。

深季节冻土区路基防冻胀道砟碎石排水盲沟热状况的数值分析

用透水土工布包裹道砟碎石填筑的截排水纵向盲沟,是哈尔滨-大连高速铁路(简称哈大高铁)在大开挖路堑段采用的重要的防冻胀工程措施.由于碎石层在顶部温度较低时,其中发生对流换热过程而强化对其下部土体的降温作用,可能导致盲沟底部冻结而影响其防冻胀效果.通过数值仿真软件分析了排水盲沟的温度状况,结果表明:对于哈大高铁的气温环境,在不考虑积雪影响的条件下,将发生盲沟底部排水管冻结积冰,影响纵向盲沟防冻胀效果的问题.在盲沟顶土层中加设0.1 m保温板能够提高盲沟底部的最低温度,推迟起始冻结时刻,缩短冻结时长,但不能完全避免盲沟底部排水管的冻结问题.在有表层保温板的条件下,在盲沟底部换填砂层虽然不能提高盲沟碎石层的温度,但却能有效提高盲沟底部的温度.复合措施可以有效解决盲沟底部冻结的问题.

深土冻土力学——冻土力学发展的新领域

在人工冻结工程的实践和模拟试验的基础上，提出不同于常规“冻土力学”（暂称“浅土冻土力学”）的“深土冻土力学”概念．分析浅土冻土力学与深土冻土力学的区别，提出深土冻土力学的内容、框架及研究方法，展望２１世纪地下人工冻结工程的前景和深土冻土力学的未来．

深季节冻土区涵洞温度场分布规律测试分析

以深季节冻土区在建火渤铁路工程为依托,通过对涵洞温度场的现场监测,分析总结涵洞外侧和洞内温度场分布规律,测试结果表明:(1)涵洞外侧温度场分布曲线随季节变化呈近似正弦分布。(2)冬季低温时,涵洞顶部路基本体温度随深度的增加而逐渐升高,但均为负温,内外温差较小。(3)涵洞外壁温度场呈现出明显的阴阳坡效应,阳坡测点温度较阴坡大1.9℃左右。(4)涵洞洞内各测点温度相差不大,由于风流场作用,涵洞各截面较高温度测点均出现在涵洞涵角处,涵角温度高于其他测点1.2℃左右。测试分析结果可为深季节冻土区涵洞的设计与施工提供参考。

青藏铁路深季节冻土对路基工程的危害及处理

通过对青藏铁路深季节冻土病害机理的剖析 ,提出合理的工程处理措施 。

深季节冻土区地基土的冻胀性

季节冻土地区地表冻胀量极大值与北纬度和冻结指数的关系不能用随机正态分布规律来分析,它不是随机变量,不属数理统计范畴。通过分析认为,严寒气候条件下(北纬 5 3°以上和冻结指数超过 30 0 0度·日)深季节冻土区(包括多年冻土区内的融区)的冻结速率仍处在适合地基土冻胀的范围之内。因此,深季节冻土区地基土的冻胀性绝不可轻视。

深季节冻土区高速铁路抗冻胀基床结构稳定性研究

为揭示深季节冻土区高速铁路抗冻胀基床结构的效果和稳定性,确保高速列车在冬季的安全运营,以我国深季节冻土区高速铁路典型抗冻胀基床结构为研究对象,通过现场试验和理论分析相结合的方法,研究深季节冻土区抗冻胀基床结构水热力学行为演变的内在机理,分析深季节冻土区高铁路基工程温度场非对称的一般特征,讨论影响寒区路基工程阴阳坡效应的关键因素。研究结果表明:1)季节冻融层和非冻结层的地温和横向温差随时间推移均呈现正弦规律变化。2)当基床表层和底层温度接近0℃时,对应土层内的未冻水含量迅速减小或增加。3)冻胀主要发生在冻结初期和冻融交替期。同时,融沉的结束时间滞后于冻结层的消失时间。4)不同深度处阴阳肩的温差在全年均大于0℃,影响寒区路基工程阴阳坡效应的主要因素是线路走向和主风向。综上所述,建议深季节冻土区的高速列车在冻结初期和冻融交替期减速行驶。同时,为减弱路基阴阳坡效应引起的横向非均匀变形,路基两侧应采取非对称设计的原则。

关于深季节冻土区浅埋低压管道输水灌溉技术的调查

浅埋低压管道输水灌溉水田技术是一种以管道输水代替明渠输水的灌溉形式,本文介绍了黑龙江省肇源县头台镇、林甸县东兴乡、巴彦县富江乡浅埋低压管道输水灌溉水田项目情况,分析了浅埋低压管道输水灌溉的优势、注意问题及推广前景。

深季节冻土地区铁路路基施工变形监控研究

针对深季节冻土区冻胀融沉对路基施工的影响，选取哈齐客运专线中典型断面进行现场施工监测，对变形规律进行了分析。结果表明：路基变形表现出明显的不均匀性，最大变形位置在其靠近阳面一侧而不是路基中心；路基面冻胀量很小，最大为1．63 mm，表明路基抗冻胀填料效果很好；预测最大工后沉降4．2 mm，满足我国无砟轨道高速铁路的设计要求。

深季节冻土区涵洞温度场分析

考虑风速对涵洞温度场的影响,采用有限元数值方法对深季节冻土区涵洞温度场分布规律进行研究,并对类似地区涵洞防冻设计问题进行分析,得到以下结论:涵洞侧壁土体温度场以涵洞中心为轴线呈"倒钟"形分布,涵洞中心附近土体温度变化较剧烈;涵顶路基处填土温度沿涵顶到路基顶面先逐渐增大后逐渐减小,沿洞口向路基中心方向逐渐增大;风速对涵洞中心一定范围内土体的温度场影响较为显著;通过改变保温板布设位置和厚度得出不同条件下涵洞周围土体的温度分布规律,对比分析认为,保温板可起到良好的保温效果,保温板铺设位置、保温板厚度是分别影响涵顶、涵侧路基土体温度场的重要因素;保温板外置铺设改善了涵顶路基土体的双向冻结效应,8 cm厚保温板外置铺设的保温效果与10 cm厚保温板内置铺设的保温效果相差不大,建议深季节冻土区涵洞温度场保温设计采用8 cm厚保温板外置铺设方法较为经济合理。

基于深季节冻土区抗冻技术研究与应用

针对深季节冻土区水利工程结构物冻胀破坏严重的问题,提出了冻胀破坏机理及稳定性模拟技术、膨胀土边坡破坏机理、改良及防护技术、输配水干渠工程不均匀冻胀破坏机理、水工抗冻混凝土冬期施工技术,以及新型防冻胀轻质混合土材料等,其技术研究成果在北部引嫩总干渠的建设中取得了较好的应用效果。

青藏铁路安多段深季节冻土特性及工程措施

深季节冻土地基的冻胀和融沉循环特性对建筑物极为不利。以青藏铁路安多段为工程背景,总结了安多段深季节冻土的工程特性,阐述了深季节冻土的冻胀、融沉和主要特点,分析了深季节冻土对铁路路基的影响,从季节冻土地区路堤最小高度和地基沉降控制角度提出了合理的工程措施。

若尔盖青海沙蜥——洞穴密度与深度的生态内涵

20 0 2年 9月 ,采用样方法和挖掘法分别对分布在若尔盖草原荒漠 (东经 10 2°2 9′0 4 1″,北纬 33°4 3′2 5 0″ ,海拔 346 4m)上的青海沙蜥 (Phrynocephalusvlangalii)的洞穴密度及深度进行了研究。结果表明 :①青海沙蜥的洞穴密度随植被盖度的升高而下降 (r =- 0 81,P <0 0 1) ,这说明青海沙蜥的生境选择是偏向于植被盖度较低的荒漠 ,因此可以把该物种作为草地荒漠化的一种指示生物。②青海沙蜥居住洞穴深度大于 74cm ,在冻土层之下。青海沙蜥选择深度达到最大冻土之下的洞穴居住是它抵御低温的一种行为机制 ,而深度小于 74cm的洞穴则可能是用于逃避敌害的临时隐蔽所。

青藏铁路安多段深季节冻土特性及工作措施

本文以青藏铁路安多段为工程背景 ,总结了安多段深季节冻土的工程特性 ,阐述了深季节冻土的冻胀和融沉和主要特点 ,分析了深季节冻土对铁路路基影响 ,从季节冻土地区路堤最小高度和地基沉降控制角度提出了合理的工程措施。

模拟K_0固结后不同初始围压下冻土应力-应变特性研究

通过对经历K_0固结后再冻结的冻结兰州黄土进行三轴压缩试验,分析了K_0固结后冻土在轴向加载直至破坏过程中的应力-应变行为,并利用Duncan-Chang双曲线模型研究了K_0固结后冻土的初始切线模量和偏主应力最大值与围压、温度的关系。结果发现:围压和温度的变化是影响深部冻土抵抗变形能力的主要因素;初始切线模量随围压的升高而线性增大,但受温度影响不太明显;当温度恒定时,偏主应力最大值随围压的升高而线性增大;当围压恒定时,偏主应力最大值又随温度的降低而增高。最后,对模型预测曲线与实测曲线进行了对比,验证了应用Duncan-Chang双曲线模型对K_0固结后冻结土体在轴向加载直至破坏过程中的应力-应变行为进行预测的可靠性。

某大型渠道破坏的成因分析及处理措施

由于输水渠道较长,地处严寒区,跨越了不同的地貌单元,地质条件复杂,岩性变化较大,渠道在输水运行过程中,受地下水、气温、地质条件及渗流等影响,导致部分渠道结构破坏,尤以第四系地层覆盖区受害面广,破坏严重,维修量大,给渠道的正常输水带来了很大困难。本文采用实地资料收集、现场试验等方法归纳出相关问题并提出解决办法,为节约工程维修和运行费用,确定合理的输水调度方案,保证工程安全和良好的运行提供依据。