冻结层上水渗流对斜坡稳定性影响分析

为了研究冻土斜坡路基中冻结层上水渗流对斜坡稳定性的影响,本文基于强度折减法、莫尔—库仑屈服准则和达西定律建立数值模拟模型,对路基修筑前后、缓坡陡坡工况下的冻结层上水渗流场和土体变形进行了模拟计算。结果表明:路基修筑改变了渗流路径和渗流速度。受路基传热的影响,路基下多年冻土产生融化,冻土上限有所下降并形成融化槽。冻土上限界面是潜在的滑移面,斜坡坡度越大,多年冻土上限融化下降的深度越大,产生塑性变形而滑动失稳的可能性越大。建议做好路基排水,避免水分在路基坡脚聚集,以提高路基稳定性。

多年冻土退化对冻结层上水变化的影响研究-以黄河源区为例

冻结层上水是支撑寒区生态系统的重要水源和维持寒区水热循环过程的重要纽带,科学认识冻土退化对冻结层上水的影响作用,对气候变化加剧下高寒地区水资源及生态保护具有重要意义。针对黄河源区多年冻土退化的水文效应,基于典型监测点冻土地温、含水率监测数据和黄河沿水文站断面径流变化数据,分析黄河源区多年冻土退化特征,探讨冻结层上水水位埋深和补给过程对多年冻土退化的响应。结果表明:2010—2020年监测点0~2.4 m剖面上平均升温0.42℃,多年冻土上界面埋深由2.1 m降至2.5 m,平均下降速率4 cm/a;以2018年为时间节点,冻结层上水埋深由0.9 m以浅降至0.9~1.8 m之间;冻土退化引起活动层融化期(5—10月)的径流过程提前、径流极值比降低、1月份径流过程线更加凸出。地温是控制冻结层上水变化的核心要素,在暖湿化的气候变化条件下,多年冻土退化将改变冻结层上水的动态特征及其与地表水之间的水力联系,进一步影响黄河源区的水文生态过程。

冻结层上水流动特征及其对工程稳定性影响研究

冻结层上水是地下水的重要组成部分,与多年冻土区路基稳定性密切相关。为明确冻结层上水与冻土路基之间的作用关系,通过梳理多年冻土区地下水研究进展,发现冻结层上水温度及含水率随活动层的季节性冻融而变化,并由此改变地表水和地下水循环中的水热平衡。冻结层上水的携热流动,加速了多年冻土的退化过程,并严重威胁上覆工程建筑物的稳定性。通过分析冻结层上水的运移、发展模式,建议采用新型防排水技术来处置冻结层上水,研究成果可为冻结层上水相关研究提供理论参考。

黄河源区冻结层上水地质环境影响研究

黄河源区地处青藏高原中南部,海拔高度在4100m以上,属中纬度高山多年冻土带,该冻土带内形成了一种特殊的冻结水环境。多年冻土通过季节融化带与大气系统、植被系统、地表水系统进行水、热交换,冻结层上水则是交换中的重要纽带。冻结层上水分布在冻土表层,是冻土区主要的潜水含水层之一,其空间分布直接控制着包气带含水量的变化和地表植被类型分带。2000～2001年,作者两次对黄河源区冻结层上水及其地质环境进行了专题研究,结果表明,水文地质结构、地表水位的变化以及过度放牧和开采沙金等人为作用均会对冻结层上水的空间分布产生影响,这些作用不仅影响着冻土类型的转化,而且还会由此引发一系列的生态问题,使原本十分脆弱的生态环境出现恶化。

大兴安岭东北坡多年冻土分布及冻结层水特征

在分析大兴安岭东北坡多年冻土分布规律的基础上，论证了该区冻结层水特征。

基于铂电阻的冻结层上水温度监测装置设计

针对高寒冻土区研究需求,研制适用于寒区恶劣环境下的冻结层上水温度监测装置,介绍该监测装置设计思路,阐述传感器节点设计,主要硬件电路,软件设计框架。

冻土区的地下水基础研究--《寒区冻结层上水》简介(英文)

由俄罗斯科学院西伯利亚分院Melnikov冻土研究所的V.V.Shepelev教授编写,R.V.Zhang教授编辑的《寒区冻结层上水》(Suprapermafrost Waters in the Cryolithozone)一书已于2011年由俄罗斯新西伯利亚的地球科学学术出版社(Novosibirsk:Academic Publishing House"Geo")出版发行.全书分为5章,共130页,包括50幅彩图,17个表格,426条主要参考文献,硬皮封面.针对地球科学界提出的一个新研究领域"寒区水文地质学(cryohydrogeology)",该书介绍了其概念、分类方案、主要影响因素、水的化学组成特性、持水系统的水动力特征以及他们对技术影响的响应等.全书包含了作者及其团队多年来对俄罗斯地区冻结层上水的形成规律、区域边界特征、相变特征等进行系统观测所得到的大量数据,并进行系统分析所得到的研究结果,具有很好的应用参考价值.该专著不但会引起水文地质学和冻土学专家的极大兴趣,而且可以作为主修地质学、地理学、土木工程、水文地质学、冻土学的大学生或研究生的教科书,也可以作为专业人员的参考书籍.

不同类型冻结层上水运动特征

通过对寒区冻结层上水的类型与动态的研究,不仅能进一步了解寒区冻结层上水,也对地下水的研究具有深远的影响。通过对俄罗斯地区及欧亚大陆山区观测资料的研究,以水相位转换的论述方法,指出:(1)地下水动态的定义是地下水水体动态为地下水水位、水量和运动速度的时间性变化;(2)依据在寒区具有含水层和水位的冻结层的特点,将低温流体动力地下水划分为3个类型:填积型、衰减型和准稳型;(3)低温流体动力水的3个类型是冻结层上水、冻结层间水、冻结层下水固有的;(4)冻结层上水的特点是它的类型和子类既具有多年性,又具有季节性。

冻结层上水的水文地球化学特征

冻结层上水的水文地球化学特征的研究对了解寒区冻结层上水具有重大的意义。文章通过对冻结层上水的水文地球化学特征的研究,以理论分析和实例阐述的方式指出:(1)冻结层上水化学特征的主要影响因素为自然因素;(2)地下水相变过程对冻结层上水化学特性的影响为使冻结层上水的化学成分和矿化度发生变化;(3)水文地球化学特征受不同季节包气带水分迁移过程的影响,其演化机理主要为:浓缩低温蒸发机理、低温—蒸发浓缩机理、低温—迁移机理;(4)通过对形成于勒拿河河漫滩阶地的季节性融化层的水化学状况的考察,得出:冻结层上水的水化学动态的主要特点主要由水的相变和包气带岩层水分迁移过程决定,可划分出3种主要的冬季冻结层上水的化学成分的浓缩机理:低温-结晶、低温-蒸发、低温-迁移机理。

俄罗斯永冻区冻结层上水动态特征

俄罗斯永冻区冻结层上水动态特征的研究对了解寒区冻结层上水具有重大的意义。文章通过对俄罗斯永冻区冻结层上水动态特征的研究,指出:(1)俄罗斯典型地区的冻结层上水动态特征为:其动态与气温变化密切相关,且含水层具有冻结层上水和冻结层间水的特点;(2)融层地下水包括包气带不透水融区地下水、热融区地下水、上层滞水;(3)融层地下水动态特征为:融区水具有冻结层间水的特点,在一年内相当长时期内具有渗透压力状态,包气带中垂向水分交换过程在季节性融化层的水文情势中拥有不同的作用;(4)寒区地下水和地下冰之间的转换过程影响着冻结层上水水体的形成及其水文状况。

寒区冻结层上包气带水分运移分析与计算

寒区冻结层上包气带水分的迁移主要受近地表空气湿度和热力梯度的影响,在计算包气带水分迁移强度时需要考虑这两个因素。通过对寒区冻结层上包气带水分运移分析与计算的研究得出唯象法对复杂自然研究的重要性。不仅因为它对包气带中水分迁移的研究十分重要,还因为它可以更全面地解释完全饱和层和不饱和层中水分运动的联系和统一,揭示冻结层上水水体形成和资源分布特性。

冻结层上水地区实用排水措施

研究冻结层上水地区实用排水措施对解决冻土地区居民因冻结层上水而带来的诸多不便问题具有重要的作用。本文通过以建在永久冻土上最大的城市——雅库茨克市为例进行说明,指出了:(1)永冻区土壤浸没问题给许多居民带来诸多不便;(2)永冻区土壤浸没主要是人们在建设大量砌体结构房屋的同时,还对道路进行改造,铺浇沥青而造成的;(3)矿化冻结层上水的危害主要为其在多年冻土层下的渗漏引发的湿陷现象和其的广泛分布使城区无法进行绿化;(4)永冻区城市排水要求为应从冻土、水文地质和工程地质角度综合考虑,提出合理科学依据,制定实用的保护措施;(5)永冻区城市排水技术方案构建时建议形成统一的相互联系的收集雨水和冻结层上水的三级排水系统。

冻结层上水的分布及工程影响研究现状与展望

作为一种多年冻土区的特殊水文地质现象,冻结层上水(或多年冻土层上水)的分布受局地因素的控制,且随活动层的季节性冻融而变化,影响地表水和地下水循环以及多年冻土环境中的水热平衡。多年冻土将冻结层上水限制在一个狭窄的空间内,在暖季冻结层上水侧向和竖向的渗流传热将加剧多年冻土的退化,也会对上覆工程构筑物的稳定运营造成极大威胁。目前关于冻结层上水的研究主要集中在分布特征、变化规律、流量计算、渗流模拟、水热耦合等方面。研究发现:在全球升温背景下,多年冻土退化速率加剧,随着冻土厚度变薄和融区出现,冻结层上水的流量及其与地下水的交换量均发生变化,除了影响局地水文特征外,还与工程病害密切相关,如坡脚积水、路基沉降以及路面裂缝等。以区域分布特征为出发点,对冻结层上水的研究现状进行了归纳和总结,并对其工程影响有关的渗流传热理论研究成果进行了梳理,对今后需要进行深入研究的方向进行了展望。这有助于全面理解冻结层上水在冻土区水文过程中的功能,为相关研究提供了进一步的理论参考。

青藏高原不冻泉地区地下水分布特征

根据区域水文地质调查成果,总结不冻泉地区地下水的赋存条件和分布特征。结果表明:基岩类冻结层水分布于北部和西南部山区,总体上水量贫乏,水质较差,仅在海拔5000 m以上的极高山区,水质较好,水量较为丰富;松散岩类冻结层水分布于平原和沟谷内,水量贫乏,水质较差,清水湖周边为双层含水层结构,存在松散岩类冻结层下水,水量较为丰富;在清水湖底部和楚玛尔河局部地段存在贯穿型河湖融区,在部分断层带上局部发育点状贯穿型构造融区。

霍拉盆盆地多年冻土环境中地下水类型及赋存规律

对大兴安岭多年冻土区的山间断陷盆地内赋存的冻结层上水及层下水分布、埋藏条件、富水性、水质、补给、径流和排泄条 件进行了研究，为多年冻土区寻找饮用水源，提供参考。

试论我国多年冻土区地下水的分类

多年冻土区地下水分类,我国至今尚未有统一说法。当前国内外仍沿用前苏联学者Н.П托尔斯欣和П.Ф什维佐夫等人提出的多年冻土区地下水按埋藏条件分类方法,将地下水分为冻结层上水、冻结层间水、冻结层下水。 这种地下水的分类方法,经我国多年来在多年冻土区的工程实践验证,此种分类方法弊病甚多,不但不能如实反映自然界中地下水生成、分布、补给、排泄之特征,更未涉及到地形地貌、地质岩性、水文气象,不能反映出多年冻土区地下水独特系统。为此,由于多年冻土区地下水与其多年冻土互相制约、互相影响,又控制自然界水的循环,

青藏高原连续多年冻土区的冻结层上水季节动态及其对活动层土壤冻融过程的响应特征

多年冻土地区的地下水系统中的冻结层上水不仅是寒区能水循环中的一个关键组成部分,而且与寒区生态环境变化关系密切,在寒区水文学和寒区陆面过程研究中具有十分重要的作用,但因其动态过程的复杂性和观测研究的诸多困难,尚缺乏对其运动规律、驱动因素与机制的系统认知.在青藏高原连续多年冻土区风火山左冒西孔曲,选择典型高寒草甸坡面,通过2年坡上和坡下不同观测孔地下水动态连续观测,分析了冻结层上水的季节动态变化及其在坡面上的空间分异规律以及活动层的冻融作用对冻结层上水动态变化的影响作用.结果表明,冻结层上水位的季节动态变化具有与活动层土壤温度和水分相似的冻融过程,活动层土壤温度控制了冻结层上水季节动态格局,深层(60 cm以下)土壤水分和不同地带地下水补给来源决定了冻结层上水水位动态变化的位相和幅度.地温与水位动态之间具有显著的Boltzmann函数关系,但在不同活动层深度与不同坡面位置,土壤温度对地下水位动态影响的阈值范围不同,坡面上冻结层上水位动态具有显著的空间变异性.地表覆盖变化和气候变暖将必然引起冻结层上水动态、地下水与河水间水力关系的变化,从而引起流域整体水文过程的改变.

人类工程活动对多年冻土区地质环境影响的探讨

多年冻土地区自然环境既原始又脆弱,在受到人为工程干扰后,冻土层水文地质条件发生改变,将导致冻结层上水位下降,随着冻土融化会引起土壤含水量的改变,进而影响地上植被组成的变化和土壤结构的改变,造成沼泽消失,草场退化;线路工程路基填筑造成冻土上限降低,隔断地表径流,在路基上游积水,引发冻胀融沉灾害,下游补给量减小湿地或沼泽萎缩。边坡开挖使冻土层暴露地表,冻土消融,或切断地下径流,引起热融滑塌、融冻泥流等问题。

试论寒区道路某些病害与气候变化的关系

通过寒区和高寒山区的道路工程,常常遭受雪崩、风雪流、冰丘(冻胀丘)、冰椎和热融沉陷等病害。目前,除通过冻土沼泽地区的铁路路基的沉陷问题尚未成功地解决之外,对其它病害的防治都已取得了相当成功的经验。本文简要地论述上述各类病害的发生过程及演变趋势。