大通河源区冻土地温模拟与分类特征分析

以大通河源区为研究区域,分析了植被对多年冻土分布的影响.以等效高程为基础,根据实测的多年冻土地温数据和植被调查数据,建立了不同植被类型条件下的冻土地温-等效高程关系模型.借助于TM遥感数据、DEM数据和GIS技术模拟了大通河源区植被覆盖区的多年冻土地温分布特征.以地温数据为基础,参照青藏高原多年冻土分带方案,对多年冻土的分类特征进行了研究.结果表明:大通河源区多年冻土年均地温为-8.66～1.72℃,多年冻土和季节冻土的面积比例分别为95%和5%,其中极稳定型、稳定型、亚稳定型、过渡型和不稳定型多年冻土各类型的面积比例依次为1%,12%,31%,35%和16%.     

冻土层下水对小厚度多年冻土退化的影响研究

针对环境升温和冻结层下承压水二者共同作用下小厚度多年冻土的退化过程进行数值分析。利用有限元分析软件ANSYS数值模拟了多年冻土区30 a环境升温1.56℃,天然地表下20 m深度处0.6℃冻结层下承压水共同作用下地温场。结果表明,冻结层下水对小厚度多年冻土退化影响较大,致使冻土下限抬升;环境升温对冻土上限下移影响有限。     

冻融滑坡作用下埋地管道的应力分析

我国具有广阔的季节冻土和多年冻土区, 穿越冻土区的埋地管道不仅受到地形地貌的影响, 而且冻 害破坏也是存在的主要问题。因冻融滑坡而产生的地质灾害是冻土区埋地管道较为常见的安全问题, 当温度高于 冻土融点时, 冻土会发生融化和沉积。斜坡带埋地管道的受力较为复杂, 因此建立有限元力学模型, 对不同斜坡角 度和不同融沉长度下的埋地管道的应力进行了数值计算与分析。通过数值计算与分析, 得到了埋地管道在冻土区 斜坡带因土壤发生融沉而产生的V o nM i s e s应力的分布规律。对斜坡带埋地管道进行应力模拟分析, 可很好地反映 应力的变化情况, 为冻土区管道的施工建设提供理论依据。     

青藏直流联网工程±500kV输电线路的工程问题分析

青海至西藏±500kV直流联网工程为我国首次在青藏高原多年冻土区全线铺设的高等级输电线路,该工程建设完成将对西藏经济与社会的发展起到重要的保障和支撑作用。由于输电线路将跨越青藏高原多年冻土区,冻土特有的工程问题将对工程设计、施工和安全运营产生重要影响。为保证工程建设的顺利进行项目组就其中的冻土、冻土工程等问题进行了较为系统的研究,并进行沿线的冻土调查和现场的试验研究。研究结果表明：输电线路布设与青藏公路基本相同,其中高含冰量冻土约占多年冻土线路段的59%,低含冰量冻土约占多年冻土线路段的25%;输电线路的主要工程问题为冻胀融沉、冻拔问题,不良冻土现象、气候变暖、冻土退化等问题会对线路工程稳定性产生影响;笔者还就输电线路选线选位原则、冻土勘察方法与原则、冻土区工程施工方法的选择等关键问题开展了系统研究。研究成果将为即将开工的±500kV青藏直流联网工程塔基定点、设计和施工以及线路选择提供科学依据。     

埋地输油管道同沟敷设热应力分析

在调研同沟敷设技术在我国工程实际应用的基础上,根据工程实际选取合理的工艺计算参数,采用数值模拟计算方法,研究了热油管道和冷油管道同沟敷设时管道沿线热力分布特征和分布规律。在此基础上得到了两管道沿线热应力的变化规律,进而得到两管道相对于单管敷设时沿线最大热应力的增加值,为同沟敷设技术在工程设计、施工、维修等阶段的应用提供了参考。     

泛北极多年冻土及重大线性工程稳定性状况

泛北极是中国“一带一路”倡议的主要合作示范区域,已有的重大线性工程及新的基础设施建设均面临着与多年冻土相关的冻融灾害及工程病害问题。在全球气候变暖及人类活动增强的背景下,泛北极多年冻土主要呈现地温升高、活动层厚度增加趋势,且低温多年冻土地温升高更加明显,20世纪70年代以来年平均地温(MAGT)升温最高可达3 ℃; 自北向南多年冻土活动层厚度增加,且增厚趋势趋于明显,在俄蒙边境地区活动层厚度增速为3～5 cm·年^-1。多年冻土退化诱发系列与热喀斯特过程相关的地质灾害,主要包括热喀斯特滑坡与热喀斯特湖,且灾害数量急剧增加,如加拿大Banks Island地区1984～2015年热喀斯特滑坡数量增加了约60倍。在多年冻土退化、热稳定性降低的背景下,泛北极铁路、公路和管道等重大线性工程出现了沉陷、裂缝等不同类型、不同程度的病害,整体上多年冻土区道路工程病害率大于30%。热融灾害及工程病害的发育均与气候及岩土、冻土条件相关,但工程病害还与工程运营期限、工程结构形式密切关联。对比泛北极道路、管道等线性工程状况及其与工程结构的关系,以及病害特征和防治措施效果,表明基于保护冻土的“主动冷却”设计原则依然是多年冻土区工程设计的主导思想。     

大小兴安岭多年冻土分布特征及其灾害成因分析

在充分梳理相关资料的基础上,分连续多年冻土区、不连续多年冻土区、岛状多年冻土区3种类型分析了大小兴安岭多年冻土的分布特征;然后从气候、地貌、植被、地质、人为活动5个方面归纳出该区多年冻土的保存条件;最后结合实例对大小兴安岭多年冻土灾害的表现形式、形成原因以及防治对策进行了阐释和论述。     

青藏铁路主要冻土路基工程热稳定性及主要冻融灾害

在介绍青藏高原多年冻土退化背景及其工程影响的基础上,通过主要冻土路基现场监测和沿线调查,对青藏铁路冻土路基2002年以来的地温发展过程、热学稳定性及次生冻融灾害进行了分析。结果表明:青藏铁路自2006年通车后冻土路基整体稳定,列车运行速度达100km/h,达到设计要求,但不同结构路基的热学稳定性不同,采取“主动冷却”方法的路基稳定性显著优于传统普通填土路基。管道通风路基、遮阳棚路基及U型块石路基冷却下伏多年冻土的效果显著,块石基底路基左右侧对称性较差,而处于强烈退化冻土区和高温冻土区的普通路基热稳定性差,需结合路基所在区域局地气候因素予以调整或补强。以热融性、冻胀性及冻融性灾害为主的次生冻融灾害对路基稳定性存在潜在危害,主要表现为路基沉陷、掩埋、侧向热侵蚀等,其中目前最为严重的病害是以路桥过渡段沉降为代表的热融性灾害。     

含蜡原油热输管道管壁结蜡厚度的计算

根据石蜡沉积机理,考虑到在含蜡原油热输管道的实际运行中油温高、热流强度大、油流粘度比较小、剪切弥散的作用非常小,因此石蜡在管壁处的沉积主要是由于分子扩散形成的。应用Fick扩散方程来计算石蜡沉积扩散速率,并根据含蜡原油比热容随温度变化的一般规律,采用热力学与动力学相结合的方法推导出了计算含蜡原油热输管道管壁结蜡厚度的计算公式,并用对分法对公式进行求解,得到了管壁结蜡厚度与运行时间以及输送距离之间的关系,并画出了其关系曲线。采用该计算方法能够计算出任意时刻管道沿线任一点处的管壁结蜡厚度,模拟了沿管线长度管壁结蜡厚度的分布规律。此方法为确定管道的经济清蜡方案及保证管道安全运行提供了一定的理论依据。     

青藏铁路多年冻土路基热—力稳定性数值仿真分析

结合冻土流变学、冻土物理学、冻土力学和传热学等相关学科的基本理论,并考虑水分场与温度场的耦合作用及温度对冻土路基力学特征的影响;同时引入冻土野外试验蠕变方程,进而建立了冻土路基的水、热、力(蠕变)分析数学模型,并编制了相应的有限元计算程序。随后,以青藏铁路某试验段路基为例,对多年冻土区路基的热—力稳定性问题进行了系统研究,并通过与现场实测数据对比发现,所建立的冻土路基热—力理论模型正确合理,较好地分析预测了青藏铁路多年冻土路基的长期稳定性。     

气候变暖下黄河源区冻土变化的数值模拟

近40年来,黄河源区地温长期处于增温状态,多年冻土出现表层融化。冻土退化后,土壤含水率减少,导致寒区径流的变化。所以研究冻土为寒区水资源估算提供了重要的依据。利用土壤水分迁移方程和热传导方程,采用中心差分格式并在一定假设前提下建立起冻土水热耦合迁移数学模型。对黄河源区站点的冻融深度进行模拟,结果表明：计算值和近2 a冻土的上、下限实测值吻合较好。由此表明采用的数学模型和数值方法是合理、可信的,在此基础上讨论了土壤冻融过程的一般规律。     

高原冻土地区地质特点及路基施工技术

在高原冻土区进行道路建设时,必须重视路基的安全性和稳定性,路基是确保冻土高原地区道路建设质量的基础保障,也是目前冻土高原工程建设的重点和难点.基于此,本文对高原地区公路地质特点进行了阐述,分析了高原多年冻土区路基工程的施工原则,并提出了高原冻土地区路基施工技术要点和优化措施,以提高道路建设质量.在路基施工技术中,主要介...     

水泥改良冻土过程水分转化规律及对强度的影响

为保证多年冻土区地基的稳定性及解决多年冻土区土方材料短缺的问题,分别使用硫铝酸盐水泥(SAC)和普通硅酸盐水泥(OPC)对冻土进行改良。通过无侧限抗压强度试验得到两种水泥在不同掺量及不同养护龄期下的强度特征,同时,使用离心机法及冻干法对水泥改良冻土过程中的自由水、矿物水及结合水的变化进行测定,揭示水泥改良冻土过程中的水分转化规律,并建立矿物水、结合水量与水泥改良冻土强度的内在联系。结果表明:硫铝酸盐水泥改良冻土的强度明显高于普通硅酸盐水泥,并且具有显著的早强特性。硫铝酸盐水泥改良冻土在养护初期水分转化速率较普通硅酸盐水泥快,但矿物水及结合水的转化量少。硫铝酸盐水泥改良冻土中的矿物水和结合水对强度的贡献更为突出。硫铝酸盐水泥更适合用于冻土的改良。     

城市地表热环境季节变化及与下垫面特征关系

为进一步揭示城市地表热环境的时空分异机制,利用遥感信息技术提取深圳市西部地区不同季节的地表温度、植被覆盖、不透水面、水分状况等下垫面特征参数,在此基础上分析地表热环境的季节变化特征及与下垫面生物物理参数的定量关系.结果表明:研究区地表热力景观的空间分布、强度随季节发生显著变化;不透水面指数、湿度指数与地表温度分别呈指数正相关、线性负相关且在不同季节表现稳定,而植被指数与地表温度呈非线性关系并随季节变化;多元线性逐步回归分析表明,不透水面对地表温度的调节作用最大、地表湿度次之、植被覆盖最小.     

水垫塘冲击射流附壁区的水力特性

采用粒子成像测速技术(PIV)获得了水垫塘冲击射流全域瞬时精细流场,并在此基础上,对附壁射流区的流速分布规律和水流紊动特征等水力特性进行了系统研究.结果表明:在附壁射流区,射流横向断面的流速、紊动强度分布呈自相似分布规律,具有自由射流的特征;在射流纵向,流速随着流程增加而线性减小,射流半扩展厚度和紊动强度随流程增加而线性增大;并提出了描述附壁射流区射流横向断面流速、紊动强度分布规律的方程,同时得到了附壁射流区射流纵向上流速、半扩展厚度和紊动强度沿流程变化的计算公式.     

富克山西部原始森林开发对冻土环境的影响研究

林区开发使森林资源发生变化，周围的环境也发生改变。西林吉林业局富克山西部林区处于多年冻土区，气候严寒，土层瘠薄，森林更新缓慢，生态环境较为脆弱。林区森林资源开发后，植被、土壤、小气候等环境因子的变化将对冻土环境产生影响。     

多年冻土区地表变形与影响因素相关性分析

为研究多年冻土区地表变形与影响因素之间的相关性,以青藏工程走廊西大滩至安多多年冻土区为研究对象,利用小基线集合成孔径雷达干涉测量(small baseline subset-interferometric synthetic aperture radar, SBAS-InSAR)技术,获取研究区地表变形信息;借助GIS平台,根据经验计算模型,获取研究区体积含冰量、年平均地温、活动层厚度3个影响因素基础数据;利用简单相关和偏相关分析法,分析地表变形与影响因素间的相关系数。结果表明:研究区地表年变形速率介于-33～15 mm/a,地表有缓慢下沉趋势,整个研究区年变形速率均值为-13 mm/a;在体积含冰量大于30%、年平均地温高于-1℃的区域,地表变形与影响因素有强相关性,偏相关系数大于0.8,P0.05。在体积含冰量为10%～30%、年平均地温为-2～-1℃、活动层厚度大于3 m的区域,地表变形与影响因素有较强相关性,偏相关系数介于0.4～0.8,P0.05。总体而言,多年冻土区地表变形与体积含冰量和年平均地温有正强相关性,偏相关系数均值为0.75和0.70;与活动层厚度有正中等相关性,偏相关系数均值为0.42。     

青藏铁路多年冻土地区110kV输变电工程地基基础设计有关问题的探讨

介绍了青藏铁路沿线多年冻土的分布类型和特性,阐述了多年冻土对输变电工程地基与基础的危害及破坏机理,并对多年冻土地区输变电工程建(构)筑物的地基处理方法和基础设计原则等问题进行了探讨,提出了若干设计建议,可供多年冻土地区输变电工程和建筑工程地基基础设计参考.     

基于有限元分析的冻土区埋地腐蚀管道力学行为研究

针对埋地管道设计未充分考虑作业过程中管道受冻胀和腐蚀作用时的受力变化情况,根据冻土区埋地腐蚀管道的复杂性,以及冻土区埋地管道受力变形破环因素,建立适用于冻土区埋地腐蚀管道的有限元模型,研究了环境温度、腐蚀深度和长度等因素对管道应力的影响。结果表明,影响冻土对腐蚀管道作用的因素主要为抬升高度及端部拉应力,抬升高度导致腐蚀管道的应力及应变线性增加,但端部拉应力的作用效果与其相反;管道的应力应变与腐蚀深度的二次方成正比,腐蚀长度的增加导致管道应力及应变先急剧增加,且长度大于150 mm时,管道力学性能在一定范围内小幅波动。研究结果可为冻土区埋地管道的设计提供一种新的思路和方法。     

工业管道保温结构的优化设计及节能分析

目前,工业管道广泛采用等厚度保温结构。针对某运行管道进行现场测温,并应用Fluent软件对测试数据进行分析,发现管道表面温度具有“上高下低”的分布规律,因此,工业管道采用等厚度保温结构设计并不合理。在环境有风和无风条件下,分别对管道外表面温度分布规律进行了分析,并利用换热网络法,以管道表面散热损失最小和经济效益最大为优化目标,建立了管道保温结构优化设计模型,并提出了工业管道非等厚度保温结构设计的新方法。研究结果表明,在管道内部介质参数相同条件下,以国标允许的散热损失值进行保温结构设计时,与等厚度保温结构设计相比,采用非等厚度保温层结构可减少保温材料体积3%~4%,降低保温工程费用3%~4%。