冰川融水径流的浊度是反映冰川物质输出的重要指标，准确获取浊度数据对于研究冰川消融对下游环境的影响具有重要意义。传统的冰川融水径流浊度获取方法主要依靠涉水观测，存在成本高、效率低且难以连续监测的局限性。因此，本研究在青藏高原中南部廓琼岗日1号冰川开展实验，提出了一种基于低成本野外相机和深度学习方法的冰川融水径流浊度视觉监测方案。以1号冰川融水径流的图像和浊度数据为基础，搭建了基于MobileNetV1的冰川融水径流浊度预测模型。结果表明，廓琼岗日1号冰川融水径流水体颜色与浊度之间存在显著相关性，且日内浊度变化相对剧烈。所提出的冰川融水径流浊度预测模型可实现对冰川融水径流浊度的预测，在0~5 000 NTU（Nephelometric Turbidity Unit，NTU）的浊度区间，浊度预测值的平均绝对误差（Mean Absolute Error，MAE）为183.93 NTU，决定系数R2为0.45。在0~200 NTU的浊度区间，浊度预测值的平均绝对误差为9.14 NTU，相较于ShuffleNet、GhostNet、DenseNet121、InceptionV3、ResNet50，分别降低19.16 NTU、15.97 NTU、3.21 NTU、5.14 NTU和2.81 NTU，决定系数R2为0.93，分别提升0.3、0.26、0.09、0.05和0.04。本研究为高频连续低成本监测高原地区冰川融水径流浊度变化提供了新思路。
青藏高原自然环境复杂，多年冻土发育，地壳隆升强烈，地震和滑坡等灾害频发。目前，地震滑坡研究多聚焦于均匀土质斜坡，对下伏多年冻土的土质斜坡动力响应特征和放大效应认识不足。本文以风火山典型低缓多年冻土斜坡为研究对象，基于现场调查和室内试验结果构建流固耦合动力仿真模型，开展不同地震波和地震强度作用下斜坡动力响应特征研究。结果表明：低缓多年冻土斜坡遵从加速度高程放大效应，但在多年冻土顶板上方区域加速度响应会迅速衰减；该衰减作用随着地震强度提高逐渐明显，自斜坡中下部攀升至坡肩，分析其机制主要受冻土层和饱和土层界面反射和折射、土体变形流动的影响，波的能量和振幅显著衰减，强震作用下多年冻土顶板处加速度平均衰减可达50%。动力作用会激发活动层超孔隙水压力，激发强度随地震烈度的提高而增大，多年冻土顶板上方饱和层超孔隙水压力强于天然土层，且受加速度时程影响；坡肩处激发机制主要受冻土层和活动层非协调运动及剪切作用影响，随着高程降低，活动层下部饱和层自身的运动作用增强，坡体和坡脚处还受到饱和层相对上下层面非协调运动和剪切作用影响。研究成果对青藏高原地震滑坡灾害防控能力提升具有重要的科学意义。
新藏公路（G219）作为进出西藏的主要干道，对区域发展具有重要意义。然而，该公路沿线频繁发生的不良地质现象加剧了道路破坏，严重影响公路的安全与稳定性。本文基于深度学习模型对新藏公路沿线岩堆体进行识别与提取，进一步采用寒冻风化模型探讨岩堆体的发展规律及其影响因素，并引入分形维数理论耦合岩石强度劣化模型，揭示岩堆体的形成与演化过程。研究结果表明：深度学习模型可有效识别具有垂向分带性与水平定向性的岩堆体；寒冻风化模型分析发现，温度是主控岩堆体生长动态的关键因素，由寒冻风化作用产生的风化碎屑为岩堆体形成的重要物质来源；基于分形维数理论并结合改进的岩石强度劣化模型，估算出新藏公路沿线岩堆体维度减小演化的平均速率约为（3.40~5.67）×10-8⋅a-1。本研究揭示了寒冻风化作用对高寒地区不良地质现象的主导影响机制，为岩堆体预测及地质灾害防控决策提供了新的科学依据。
在全球气候变化的驱动下，青藏高原极端气候事件迅速演变，显著重塑了区域生态系统与地表特征。本研究基于青藏高原45个气象站点1961—2020年的逐日气象数据，通过计算分析极端气候指标的时空变化趋势，研究青藏高原极端气候事件的时空变化特征。结果表明：在时间上，青藏高原近60年来整体呈现暖湿化趋势，其中冷夜日数减少最快，速率为-5.3 d⋅（10a）-1，暖夜日数增加最快，速率为5.6 d⋅（10a）-1，而年降水量则以9.43 mm⋅（10a）-1速率增加，且增温趋势存在昼夜不对称性，最低气温极小值（3.1 ℃）增幅最大［0.5 ℃⋅（10a）-1］。极端降水指数和气温指数的拟合差异性显示，青藏高原的区域变暖特征相较于变湿表现得更加明显。在空间上，青藏高原大部分站点存在冷暖不对称性和昼夜不对称性，且极端降水事件的变化具有较高的空间异质性，此外冰冻日数和连续干旱日数变化趋势的空间分布存在南北不对称性，连续湿润日数存在增大和减少并行趋势。通过相关性分析发现，各气温极值指标间、霜冻（冰冻）日数与各温度极值、各气温极值指标和霜冻（冰冻）日数与海拔和纬度之间显著相关（P<0.05），且相关系数大于0.5，其余气温指标间及它们与海拔和经纬度的相关性不显著（P>0.05），且相关系数小于0.5。而各极端降水指标间及它们与纬度显著相关（P<0.05），且相关系数大于0.5，与海拔和经度之间的相关性较小，相关系数小于0.5。本研究为青藏高原区域气候预测以及灾害预警提供了科学依据，具有重要意义。
积雪数据对气候变化、水循环过程、灾害评估等方面的研究有重要意义，然而就目前而言，在空间上获取准确的积雪数据仍是一个挑战。再分析数据融合了遥感、模型模拟和观测数据，为获取准确的积雪空间数据提供了可能性，但其在区域的适用性有待评估。本研究以MODIS积雪覆盖数据集和实测雪深数据为参考，对ERA5-Land再分析积雪覆盖和积雪深度数据在新疆地区的适用性进行评估。结果表明：（1）2000—2020年ERA5-Land逐日积雪覆盖数据在新疆地区与MODIS数据具有很好的一致性，相关系数为0.95；系统性偏差较小，均方根误差和平均偏差分别为5.81%和-1.34%。 （2）ERA5-Land显示新疆地区稳定积雪区分布在北疆和高海拔地区，但其稳定性积雪覆盖范围较小，对稳定积雪覆盖存在低估现象。ERA5-Land和MODIS的积雪开始日期、积雪结束日期和积雪持续日数在新疆地区的时空变化趋势相似：积雪开始日期呈现不显著推迟趋势，积雪结束日期呈现不显著提前趋势，积雪持续日数呈现不显著缩短趋势。 （3）除天山大西沟站外，ERA5-Land逐日雪深数据与其他站点观测数据均存在较高的一致性，相关系数在0.42~0.94之间，从平均偏差来看，ERA5-Land雪深数据在新疆存在高估现象。本研究将在全球气候变化背景下，为新疆地区积雪水文模拟中ERA5-Land数据的应用选择提供科学依据。
冻土区的工程建设长期以来一直受土体冻胀的影响和制约，如何抑制土体冻胀已成为寒区工程建设中的重要课题。针对此问题，本文选用麦秸秆作为加筋材料，首先对秸秆加筋粉土进行径向压裂试验，分析了秸秆加筋率、长度、试验温度和土样含水率对其抗拉强度的影响；在上述试验规律基础上，进行了定掺量、变长度试样在冻结温度附近的抗拉强度测试，并对相同条件试样进行了一维冻胀试验，研究了冻结温度附近的抗拉强度和冻胀量、冻胀率之间的关系，进而从抗拉强度对冻胀的影响角度，对秸秆加筋抑制冻胀的机理进行了分析。结果表明：秸秆加筋可有效提高土体抗拉强度，进而抑制冻胀，抗拉强度和冻胀量、冻胀率之间近似呈线性关系；秸秆加筋抑制粉土冻胀机理主要包含冰的胶结作用，土颗粒、冰与秸秆之间的摩擦作用和秸秆加筋的网络作用三个方面，上述作用均使冻结粉土抗拉强度提高；秸秆加筋粉土的抗拉强度与秸秆长度、掺量、试验温度和土样含水量有关，其中土样含水量和试验温度的影响最为显著；存在最优秸秆掺量和秸秆长度，以获得较大的抗拉强度。
盐蚀-冻融作用下混凝土结构强度易损伤，对我国西北地区基础设施的长期耐久性与结构安全构成严峻挑战。生物炭具有良好的物理吸附和孔隙填充性能，应用在混凝土中，能够很好地吸附离子，优化孔隙结构，提高混凝土耐久性。为了研究生物炭掺量0%~3%的混凝土在盐蚀-冻融作用下的物理力学性能，本文开展了0、10、20、30、40、50次冻融循环下混凝土的吸水性、抗压强度、氯离子分布、质量损失率等一系列室内试验，揭示了生物炭混凝土孔隙率冻融过程的变化规律。通过扫描电子显微镜探究了混凝土试验前后微观形貌的孔隙孔径、裂缝宽度和水化产物（水化硅酸钙、氢氧化钙）含量等变化。研究表明：盐蚀-冻融作用下，生物炭掺入混凝土在宏观上提高了混凝土的抗压强度，减小了孔隙率、吸水性和质量损失率；在微观上填充了混凝土的微观孔隙，减小了孔隙孔径和裂缝宽度，增加了水化硅酸钙含量。随着生物炭掺量的提高，混凝土的抗压强度先升高后降低；孔隙率、强度损失率、吸水性、质量损失率先降低后升高。相较于普通混凝土，生物炭混凝土表现出更好的密实度和抗冻性。1%掺量的生物炭混凝土，在盐蚀-冻融作用下物理力学性能表现最优。本研究为生物炭作为一种新型改性材料在寒旱区混凝土结构中的推广应用提供了重要的试验依据与理论支撑。
应力路径实验是深入揭示冻土力学行为和验证本构模型的有效途径。为实现应力控制模式和应变控制模式两类三轴压缩实验结果的对比和兼容，避免由加载速率不同导致的冻土力学性能差异，本文提出确定冻土直线应力路径实验加载速率的方法，对冻结粉质黏土开展了6种直线应力路径下（斜率k=
饱和盐渍土的冻结是一个动态的水-热-盐-力相互耦合的过程。本文根据多孔介质力学建立了描述该耦合过程的数值模型，模型中应用了能量守恒定律、达西定律以及有效应力原理，引入考虑冰水界面能的冰水压力平衡等式代替Clausius-Clapeyron方程描述冰水相平衡。针对碳酸盐渍土开展了单向冻结试验，测得了土柱的冻胀量、温度、含水量和含盐量。随后，利用多物理场耦合计算软件求解四场耦合方程，将模拟结果与试验数据对比，验证了模型的正确性和有效性。
冻融循环是影响寒区岩体工程长期稳定性的一个重要因素。为了研究冻融循环作用下红砂岩的蠕变特性及能量演化特征，对不同冻融次数（0、10、20、30次）红砂岩进行微观检测和单轴压缩分级加载蠕变试验。结果表明：循环往复的冻融作用致使砂岩的孔隙、裂隙不断发展，跨晶破坏区域逐渐增大，表面损伤加剧，并且促进了试件小尺寸孔隙发育。随着冻融次数增加，岩石的稳态应变率增大，且稳态应变率随应力水平的增大呈指数函数增长的趋势；但岩石的承受应力水平、蠕变时间和稳态蠕变时间则降低。通过分析分级加载蠕变全过程的能量演化规律，发现冻融次数多的岩石弹性能和耗散能降低，岩石储能极限降低。冻融岩石的耗散能曲线均经历“快速耗散—缓慢耗散—加速耗散”阶段，冻融循环作用减缓了分级加载蠕变过程岩石的能量损伤，蠕变阶段损伤比加载对冻融循环更敏感，并且发现岩石能量损伤具有累积性。试验结果可为评估寒区岩体工程的长期稳定性和安全性提供参考。
冻胀是寒区工程地基稳定性所面临的重要挑战，明确其主导影响因素对工程防控具有重要意义。本研究以青藏高原土壤为研究对象，通过正交试验设计结合统计分析方法，系统探讨土质、冷端温度及补水压力对冻胀的影响。试验选取了两种砂土、一种粉土和一种黏土共四种土样，基于L12（4×32）正交表设计12组冻胀试验，利用高精度冷浴系统控制温度边界条件，电液伺服加载装置监测冻胀位移，恒压补水装置模拟不同补水压力，测定冻胀量、冻结深度及冻胀率等参数，并通过多元线性回归与地理探测器方法量化各因素的贡献度。结果表明：（1）土质对冻胀影响最为显著，粉土因细粒含量较高（51.55%）表现出极大冻胀率（17.10%），显著高于砂土和黏土；（2）冷端温度降低与补水压力升高均加剧冻胀，但土质的调控作用更为突出，例如黏土因渗透性低受补水压力影响较弱；（3）地理探测器方法分析表明，土质对冻胀率空间分异的解释力最强（q=0.765），显著高于补水压力（q=0.134）与冷端温度（q=0.052）；（4）多元回归进一步验证土质的负向作用，表明细粒含量超过一定范围后冻胀抑制效应增强。研究揭示了土质特性对冻胀的主导作用，以及冷端温度与补水压力的协同影响，建议寒区工程中优先优化土质选型并综合调控温度与水分条件以降低冻胀风险。本成果可为冻胀机理研究与工程防控提供理论依据。
冻土冻胀效应是青藏高原寒区工程安全面临的主要问题，而冻土中裂隙结构是冻胀效应的直接表现形式。本研究通过对粉质黏土进行单向冻结试验，并结合试验过程中的数据图像，分析试样在单向冻结过程中冻结裂隙发育规律。试验结果表明，在不同工况下，土体冷生构造高度稳定在6~11 cm之间，缓慢冻结时（降温速率为1 ℃⋅h-1），冻结裂隙的冷生构造高度与温度梯度成正比。冷端温度与降温速率共同影响冻土裂隙的形成，在较低降温速率下，冻结终温越低，裂隙面积占比越大，而在快速冻结条件下，极低温可能导致裂隙形成受限，甚至出现裂缝闭合趋势。冻结裂隙的宽度在冻结过程中在1~2 mm间波动，裂隙长度不稳定，波动较大。含盐试样在冻结过程中会在冷端形成一层冰壳，导致冰透镜体两侧盐浓度升高，造成导热系数降低，冻结锋面向前推动困难，无法形成薄层状构造带和最暖端厚层状构造带，只存在微薄层状构造带。含盐试样中裂隙并非严格沿水平方向发育，而是与水平向呈一定倾斜角度发育，且大部分裂隙的方位角为120°~180°，更接近于水平方向，表现出明显的方向性特征。研究结论从冻结裂隙结构的几何特征方面，为青藏高原冻土区的工程应用及安全保障研究提供实测规律参考。
本文旨在研究不同负温条件下高周次冻融循环对砂岩冻融损伤程度以及力学特征的影响。现有研究多集中于低周次冻融作用，而针对高周次冻融循环的试验开展相对较少。首先，对砂岩进行不同温度、不同循环次数下的冻融循环试验，统计其质量损失率；再对冻融前后岩样开展核磁共振（NMR）试验和三轴压缩试验，分析冻融循环温度、次数对冻融损伤的影响。结果表明：（1）孔隙结构以中孔（1~100 μm）扩展为主导，微孔和小孔发育不明显；当冻融次数达150次时，中孔体积发生突变性扩展，较100次循环时增大60%。（2）当冻融循环次数增至150次时，砂岩孔隙率从初始的12.6%上升至14.2%，质量损失率为1.2%，呈现出明显的冻融损伤效应。尤其在-10 ℃以下且冻融次数超过100次时出现骤增，相同温度条件下200次循环时的质量损失率是50次循环的20倍。（3）冻融后砂岩应力-应变曲线呈现明显非线性特征；峰值强度和弹性模量随冻结温度降低和冻融次数增加呈非线性衰减，其中冻融次数达100次时发生突减，随后趋于稳定。基于前述进一步揭示了岩石材料在冻融循环中宏观与微观损伤劣化之间的相关性关系，研究成果对寒区岩石工程的安全建设与运维具有一定的指导价值。
多年冻土对气候变化极为敏感，其冻融过程直接影响青藏高原的生态环境与工程稳定性。本文基于青藏高原长江源地区九个不同局地因素条件场地（涵盖不同土壤含水量、植被盖度及坡向）2016年9月—2024年8月的观测数据，讨论了气温、近地表温度及冻融循环的动态变化特征，分析了不同局地因素条件下冻融侵蚀强度的空间差异和时间变化特征。结果表明：（1）研究区气温整体呈轻微升温趋势（0.08 ℃⋅a-1），而近地表温度增温更为显著（0.16 ℃⋅a-1），冻融循环在高含水量和高植被覆盖下更频繁；（2）冻融侵蚀强度整体呈现从“强烈侵蚀”向“中度侵蚀”的减弱趋势，且受局地因素强烈调控，其中高含水量会加剧侵蚀，高植被覆盖度则能有效削弱侵蚀，沙层覆盖和阳坡条件下的侵蚀最为剧烈；（3）土壤可蚀性和植被盖度是影响近地表冻融侵蚀强度的关键因子，其作用强于坡向差异。本研究揭示了局地尺度下局地因素对冻融过程和侵蚀强度的调节作用，可为青藏高原冻融侵蚀风险评估与生态环境保护提供科学支撑。
在特殊区域地质环境和强烈风化作用复合影响下，青藏高原泥岩的力学特性表现出复杂的演化特征，相关的公路工程灾变问题也更为严重。本研究聚焦风化作用下泥岩强度的衰减机制，建立微观结构劣化与宏观灾变的定量关系，为高原公路建设中边坡稳定性及灾变防控提供理论支撑。选取青藏高原在建高速公路G0611张掖至汶川国家高速公路卡苏乎大桥工程区风化泥岩为研究对象，开展试验研究。通过常规三轴压缩试验（CU）、蠕变试验进行宏观力学分析，结合扫描电镜（SEM）、高清显微镜、颗粒级配分析观察微观结构演化规律，最后定义劣化因子Dm，建立损伤演化方程。试验结果表明：随着泥岩风化程度加剧，黏粒组占比上升，全风化泥岩0.005 mm以下的黏粒占比超过40%，颗粒级配劣化，粒间结构咬合效应衰减；泥岩力学性能随风化程度增加呈指数型衰减趋势，未风化泥岩表现出最高峰值强度，全风化泥岩近乎丧失有效承载力；低应力状态下泥岩呈现稳态变形特征，高应力状态下发生显著蠕变现象，力学行为与现场观测到的浅表层蠕滑变形主导现象具有一致性。试验系统阐释了不同风化程度泥岩的强度变形特性演化规律，揭示了风化作用下泥岩颗粒级配动态重构与宏观力学性能劣化的互馈机制。用黏粒含量c与裂隙组数n定义泥岩中的劣化因子Dm，劣化因子符合浅部低围压区黏粒富集导致泥岩劣化加剧的实际规律。本研究实现泥岩稳定性动态评估，揭示了泥岩的跨尺度灾变链，可为青藏高原公路工程防灾提供理论范式。
高海拔地区公路极易受环境变化侵扰，其长期稳定运营面临严峻挑战。在全球暖湿化加剧的背景下，公路周边环境变化的幅度进一步加大，给高海拔公路基础设施带来了巨大风险。本文利用卫星数据和遥感技术，选取地表水分布、归一化植被指数、温度植被干旱指数等多年地表环境数据，对位于青藏高原西边界的G219拉孜—叶城段周边的环境状态进行了初步分析。从地表水、地表温度、植被指数、干旱指数四个角度，揭示了该公路周边自2000年以来地表环境的时空动态变化。结果表明，在G219左右10 km范围内，面积<0.1 hm2的水体在数量上超过水体总数的50%，地表温度主要分布在15~25 ℃范围内，绝大多数区域植被指数低于0.2。温度植被干旱指数表明，研究区域整体偏旱，且干旱指数>0.8的面积占比随时间的推移有所增加。在空间分布上，地表温度随着与公路距离的增加而降低，植被分布则相对稳定，干旱状况同样呈现出随着距离的增加而减少的趋势。从地表环境指数的趋势和变异性的时空分析来看，研究区的地表温度、植被状况以及干旱状况整体较为稳定。本研究成果可为高海拔公路沿线环境的动态监测、风险精准评估以及基础设施的长期可持续管理提供科学依据和数据支撑。
气候变暖加剧了青藏高原多年冻土退化，热融滑塌引起的冻融侵蚀作用严重威胁高原生态环境。本研究以北麓河盆地典型热融滑塌区为例，采用精密三轴仪对56个不同含冰量重塑冻土试样进行融化试验，同步监测融沉变形、排水特性、孔隙水压力和融水水质。结果表明：（1）高含冰量冻土融化呈现三阶段演化规律，50%含冰量试样融沉系数达0.403，加速融沉阶段融沉量占总量的84.4%；（2）融沉系数与含冰量呈二次函数关系，含冰量从20%增至50%时融沉系数和排水量分别增加47.1%和547%，融水总悬浮颗粒浓度增至20%含冰量试样的2.3倍，确立了含冰量与冻融侵蚀强度的定量关系；（3）孔隙压力增大与土体强度削弱的耦合作用构成冻融侵蚀的触发机制，含冰量超过35%时各参数呈非线性增长，体现了临界阈值效应。本研究建立的高含冰量冻土融化与热融滑塌引起的冻融侵蚀间的定量关系，可为青藏高原热融滑塌环境影响的定量化评估提供科学依据。
新疆北庭故城区域冬季积雪丰厚、春季升温迅速，易形成融雪冲蚀的顶缘滑移病害。为揭示积雪突融环境下土遗址顶缘滑移病害的致灾机制，基于多场耦合作用下土遗址浅表层破坏规律，结合前期标准试样极值试验、野外观测和现场模拟经验，建立了面向极端环境的土遗址现场足尺模拟试验方法。本文构建了考虑冻土深度、墙体形貌与阴阳坡特征的现场足尺试验墙，并集成外部环境气象、延时摄影、无人机多源图像采集与内部水、盐、热、力多参数动态监测系统，实现对墙体表面病害变化与内部物理指标响应特征的同步捕捉。结果表明：（1）阳坡表层温度昼夜振幅显著、正负温区频繁转换，诱发浅表层高频冻融循环并加速结构松弛；相较之下，阴坡长期维持稳定冻结与缓慢融化，能量与水分供给受限，滑移失稳呈显著向阴坡定向发展。（2）融雪期阳坡浅表层水-盐迁移活跃，含水率与电导率呈周期性波动，促使表层土体持续风化并加速强度衰退。（3）墙体中深部的水热响应表现为低幅、滞后与缓慢，热惯性与水力缓冲效应明显，对外界扰动具有显著削峰与延迟作用。本文研究方法可为复杂冻融背景下土遗址的原位监测、损伤机理识别与预防性保护提供可复制的技术路径与实证支撑。
抗冻性能是影响季节冻土区路基结构稳定性与服役寿命的关键因素。为系统研究粉煤灰路基材料在冻融环境下的抗冻性能，本文开展了不同龄期、压实度及循环次数条件下冻融循环试验与力学性能测试，分析其无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度及微观结构演化规律；通过质量损失率与强度保持率等指标，量化评估材料在冻融作用下的劣化程度；结合XRD与SEM测试，揭示C-（A）-S-H等水化产物持续生成及其在孔隙填充、结构致密化与强度增强中的微观机制。结果表明：粉煤灰力学性能随龄期增长和压实度提高而显著增强，而冻融循环引发的结构破坏使强度逐步退化，呈现出“快速劣化—减缓衰退—性能趋稳”的演化特征。水化产物形成桥联结构提升了材料致密性与抗冻性能，宏观上反映为破坏模式由劈裂型向“X”型及剪切型逐步演化。同时，基于试验数据构建多元非线性回归模型可较为准确预测不同条件下粉煤灰的无侧限抗压强度。研究成果可为西北季节冻土区粉煤灰路基设计优化与性能评估提供理论依据与技术支撑。
在寒冷季节，季节冻土区隧道往往面临诸多冻害问题，如衬砌混凝土冻融开裂、排水系统冻结失效、衬砌挂冰、路面结冰甚至隧道主洞积冰淤塞等，不仅对隧道安全运营造成严重威胁，还大幅增加了养护成本。寒区隧道围岩最大冻结深度可反映隧道径向温度场的分布状况，在冻胀力大小的评估、排水系统埋置深度的确定、隧道结构材料抗冻参数的选择等方面具有重要意义。之前诸多学者提出了寒区隧道围岩冻结深度的近似求解方法，在准确性和便捷性方面仍有欠缺。基于此，本文提出了一种季节冻土区隧道围岩最大冻结深度的近似解析求解方法。首先，基于负积温等效计算思路，将隧道内表面温度等效为一定时期内负温的持续作用。之后，在潜热远大于显热的条件下，对隧道结构的传热微分方程进行近似推导，证实了准稳态理论应用的可行性。接着应用准稳态理论，将该条件下寒区隧道的径向温度分布带入冻结锋面上热流平衡方程，对此进行分离变量并积分求解。在冻结锋面半径与隧道结构外边界半径之比为定值的前提条件下，求解得到了冻结发展时间与冻结锋面半径的关系式，进而可以得出隧道最大围岩冻结深度的近似解析解。最后，提出了计算含保温层季节冻土区隧道围岩最大冻结深度的近似方法。以我国一座高纬度隧道和一座高海拔隧道为例，分别采用Stefan公式和本文提出的近似解析方法对围岩最大冻结深度进行计算，并与实测数据进行了对比。结果表明，相较于常用的Stefan公式，近似解析结果更接近现场实测值。本文研究方法可为寒区隧道保温抗冻设计与运营养护提供参考。
山地多年冻土分布碎、厚度薄，对气候变化敏感，受局地环境影响大。针对当前山地多年冻土环境评价研究中评价指标不确定性、分类等级边界信息存在随机性和模糊性等关键问题，提出了基于博弈论和可拓云理论的多年冻土环境综合评价数学模型。该模型从山地多年冻土的热稳定性、侵蚀敏感性和生态脆弱性等本质特征出发，系统构建了包含3个准则层和12个具体指标的多层次评价指标体系。在权重确定方面，采用博弈论综合赋权法，通过纳什均衡原理将决策实验室分析（DEMATEL）法确定的主观权重与熵值法计算的客观权重进行最优组合，有效解决了传统评价中主客观权重分配不合理的问题。在评价方法上，充分利用可拓云模型在处理不确定性问题和模糊边界问题上的独特优势，通过计算待评物元与标准云之间的云隶属度函数，获得综合评价向量，并依据最大隶属度原则确定最终评价等级。为验证模型的可靠性与有效性，选取祁连山地区柴木铁路DK101+500~DK102+400段沿线典型山地多年冻土区作为案例研究对象，评价结果显示该区域冻土环境质量期望值Ex为3.811，对应IV级（较好）状态，年平均地温（C12）、体积含冰量（C13）、多年冻土厚度（C14）等指标在铁路建设运营扰动及工程修复措施未完全补偿热收支失衡的影响下评价等级为III级（中等），表明该地区多年冻土已出现退化迹象，该评价结果与实际情况相符合。研究成果不仅为山地多年冻土环境评价提供了新的思路与方法，也为寒区工程建设和生态保护提供了科学决策依据。
帕隆藏布然乌—通麦段是连接西藏与内地的战略要道，区域内冻融侵蚀严重，滑坡灾害频发。本研究基于Google Earth解译与野外核查构建滑坡编目，选取冻融强度指数（FTI）等12个特征变量，采用随机森林（RF）、支持向量机（SVM）、多层感知器（MLP）模型完成了区域滑坡的易发性评价和主控因素分析。结果表明：区域内共发育以中小型为主的296处滑坡，主要分布在海拔3 500~4 500 m、优势坡向为阳坡（67.5°~202.5°）和FTI值大于0.6的区域；RF模型的滑坡灾害预测性能最优（AUC=0.90），SVM与MLP模型次之；主控因素分析结果表明，坡向、高程、夏季降雨量和FTI均为区域滑坡的主要控制因素，其中高程和坡向控制着滑坡发育的物质基础和能量条件，降雨和冻融是滑坡发育的外部触发因素；研究区可分为古乡—通麦段、然乌—玉普段两大防治靶区，其中古乡—通麦段需做好排水措施，然乌—玉普段需做好冻融防护。本研究可为沿线潜在滑坡灾害风险防控与后续工程防灾减灾提供参考。
寒区极端气候和地形地貌等自然环境要素显著影响着公路工程的规划、设计、施工、运营和养护，掌握气候、地形地貌和冻土类型等自然环境要素的区域性分布规律，进而有针对性地开展寒区公路工程自然区划相关研究，可为公路工程的建养技术措施和设计参数的确定提供依据。以位于青藏高原、黄土高原和内蒙古高原交汇地带的甘肃省为例，基于公路工程自然区划原则（综合性与主导性相结合原则、层次性原则、定性指标与定量指标相结合原则、实用性原则、相对一致性原则、区内相似和区际差异性原则、区域共轭性原则）和方法（自上而下顺序划分法、自下而上合并法、图层叠置法、三段命名法），建立了二级公路工程自然区划指标体系。依据年平均气温-2 ℃等值线、1月平均气温0 ℃等值线和冻土类型将研究区划分为5个一级区，并进一步依据高程、地面坡度、地形起伏度、地表切割深度、地表切割密度、岩土特性和地表覆盖类型，构建了公路工程困难程度指数，进而划分出12个亚区。其中，有3个亚区为公路工程建设难度一般区，5个亚区为难度较大区，4个亚区为难度极大区，同时各亚区的公路工程建设难度可由冻土类型和自然环境要素差异体现。区划结果表明，秦岭短时冻土区（Ⅴ区）的公路工程建设主要受复杂的地形地貌影响，高填方路基压实难度大、公路水毁严重和不良地质现象频发，建议该区域公路工程多采用桥隧。高原季节冻土区（Ⅰ区）和苏干湖盆地季节冻土区（Ⅱ区）位于不同的地理分区，公路病害的区域性差异显著。阿尔金山-祁连山多年冻土区（Ⅲ区）和阿尼玛卿山零星多年冻土区（Ⅳ区）的气候和地形地貌条件恶劣，区内公路在冷季和雨季分别易于发生严重的路面积雪结冰和边坡失稳滑塌等病害，影响交通运营。因此，该区域的公路工程选线对于工程建设和运维十分重要。
寒区河道凌汛期堤防渗流险情频发，具有显著的突发链发性和不确定性，其演化过程预测是保障堤防不决口的关键技术。本文梳理了国内外在凌汛期堤防渗流险情驱动因子、演化机制及预测方法等方面的研究进展，指出当前研究虽在单因子作用规律、数值模拟等方面取得进展，但对多因素耦合驱动的演化机制仍认识不足，现有预测方法存在精度与时效性难以协同提升的局限。在此基础上，凝练出复杂环境多因素耦合驱动的凌汛期堤防渗流险情演化机制、基于物理-数据双驱动的预测方法两大关键科学与技术问题，并结合人工智能技术展望了跨学科研究新思路，提出融合物理机制与数据驱动是精准快速预测的主要技术路径，建立“四预”联动模型的科学防控新模式。研究成果可为完善凌汛期堤防险情灾害防御理论方法体系提供科学依据。
多环芳烃（PAHs）是一类重要的持久性有机污染物（POPs），可通过大气环流进行远距离传输，并在南北极和青藏高原等低温环境中赋存。全球变暖加速雪、冰消融，导致PAHs暴露并影响人类健康。微生物是PAHs的主要降解者，相关研究已有大量报道，但对低温环境中的PAHs降解微生物的研究主要集中在近20年。本文从低温降解PAHs微生物的多样性、降解机制以及生物降解对低温的响应等三方面进行系统梳理和综述，并展望了低温环境中微生物降解PAHs的进一步研究方向和前景，为未来低温环境PAHs污染的源头预防和生态修复提供理论支持。
植被生长峰值是反映陆地生态系统对气候变化响应的重要指标，其动态直接影响生态系统固碳能力和大气CO2浓度的季节波动。北半球多年冻土区正经历显著升温，冻土融化过程通过改变土壤环境间接调控植被功能与碳汇效应。目前，该区域气候因子与冻土融化对植被生长峰值的综合作用仍缺乏量化评估。本研究基于遥感产品、气象及冻土数据，系统分析了2001—2018年北半球多年冻土区植被生长峰值的时空变化特征及其对气候和冻土融化的响应机制。结果表明，植被绿度峰值和生产力峰值呈显著上升趋势，年均增长率分别为0.11%和0.05%，且在75%的研究区域二者同步增加。两个峰值指标变化主要受温度驱动（相对重要性为60%、54%），其次是水分（15%、17%）和辐射（11%、13%），而冻土融化（8%、12%）与大气CO2浓度（4%、6%）的影响相对较弱。结构方程模型揭示，多年冻土融化通过调控土壤水热条件间接影响植被生长峰值。春季土壤融化期（SOT）提前对峰值增加具有正向作用，而活动层厚度（ALT）的影响则因冻土类型不同而异：在连续和不连续多年冻土区促进峰值增加，在零星和岛状多年冻土区则因加剧土壤水分下渗而产生抑制作用。此外，土壤温度是连续多年冻土影响峰值的主导中介变量，而其他多年冻土区由土壤湿度中介的路径占比更高。研究成果将有助于深入理解高纬度生态系统对气候变化的适应策略，并为准确预测多年冻土区碳循环模式和制定区域生态保护政策提供科学依据。
在全球气候变暖背景下，青藏工程走廊沿线多年冻土区热融滑塌现象频发，且其数量和面积在不断增加、扩大。目前，热融滑塌的提取方法主要依赖光学遥感目视解译或深度学习模型，对处于发育初期、没有明显形态特征的隐患点识别能力有限，相关研究相对匮乏。本文基于2023年的Sentinel-2A卫星影像数据，准确识别了青藏工程走廊北麓河与五道梁镇西侧丘陵山地至错达日玛带的热融滑塌边界，建立热融滑塌发育条件阈值。同时，基于2018—2023年Sentinel-1A数据，利用SBAS-InSAR技术分析研究区形变特征，进行隐患点识别。结果表明，研究区存在622处热融滑塌，总面积12.507 km2。热融滑塌的孕灾条件为海拔4 700~4 900 m，坡度2°~12°，NDVI（归一化植被指数）为0~0.3，FVC（植被覆盖度）为0.4~0.6，MAGT（年平均地温）为-3~-1.5 ℃，VWC（地下冰融化后的平均体积含水量）为30%~40%，ALT（多年冻土活动层厚度）为1~2 m的高寒草原区的北坡。研究区共识别出124处隐患点，总面积为3.12 km2。其中，北麓河地区有隐患点47处，五道梁地区有隐患点77处。小型隐患点表现出更高的年平均沉降速率，预示其可能率先演化为热融滑塌的风险更高。形变曲线分析表明，处于活跃扩展阶段的滑塌年均垂直位移差达（-18±2.3） mm，且滑塌后壁顶部发育有11~15 mm⋅a-1的高速沉降带，前缘堆积区有4~7 mm⋅a-1的抬升变形。隐患点表现出局部变形速率较大、周围稳定的特点，地表累积沉降量较已发生的热融滑塌小，约为80 mm，地表呈现周期性下沉，具有演变为热融滑塌的高风险潜力。研究结果可为青藏工程走廊热融灾害的早期预警、生态环境保护及工程设施的安全运维提供科学依据。
不同区域道路服役环境的差异影响着裂缝的形成和发展，多年冻土区与普通地区的路面裂缝在空间分布、几何特征等方面显著不同，对裂缝识别方法的适应性与性能提出了更高要求。为了分析上述问题，本文构建了一种融合多特征尺度与注意力机制的快速区域卷积神经网络（Faster-R-CNN）裂缝识别模型。该模型在原始结构基础上，引入分离注意力网络提升特征提取能力，引入特征金字塔融合模块增强多特征尺度裂缝检测能力，同时采用Soft-NMS算法优化候选框筛选策略。结合多年冻土区路面图像与普通地区公开图像数据集进行训练与测试，评估模型性能，并提取多种裂缝几何特征参数开展区域差异性分析。结果表明，改进后的模型在普通地区和多年冻土区路面检测中，各项指标均有所提升，尤其是多年冻土区中的精确率（precision）、召回率（recall）与平均精确率（mAP）（IoU=0.5~0.95）分别提升12.59%、14.43%、13.69%，均优于普通地区的提升幅度，显示出较强的环境适应性与稳定性。进一步分析发现，多年冻土区裂缝在长度、宽度、密度与连通性等指标上分布离散，参数间呈显著正相关，裂缝网络结构更复杂，反映出冻融循环主导下的系统性变化特征。本研究成果可为寒区道路病害评价及裂缝发展预测提供技术支撑与理论依据。
甘公网安备 62010202000676号
