2007年, 第29卷, 第2期　刊出日期：2007-04-25

  

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冰冻圈与全球变化
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  长江源区高寒生态与气候变化对河流径流过程的影响分析

  王根绪, 李元寿, 王一博, 沈永平

  冰川冻土. 2007, 29(2): 159-168. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0026

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  近40 a来长江源区气候变化剧烈,是青藏高原增温最为显著的地区之一,高寒生态系统与冻土环境不断退化.采用多因素逐次甄别方法与半经验理论方法相结合,基于多年冻土的不同植被覆盖降水-径流观测场观测试验结果,分析了长江源区气候-植被-冻土耦合系统中各要素变化对河川径流的不同影响.结果表明:近40 a来长江源区河川径流呈持续递减趋势,年均径流量减少了15.2%,频率>20%的径流量均显著减少,而>550 m³·s^-1的稀遇洪水流量发生频率增加;气候变化与高寒草甸覆盖变化对源区径流变化的影响较大,分别占5.8%和5.5%;气候与植被覆盖变化对径流的显著影响是与冻土耦合作用的结果,但冻土环境与冰川变化对径流的贡献尚不能准确评价.高寒沼泽湿地和高寒草甸生态系统对于源区河川径流的形成与稳定起到关键作用,这两类生态系统的显著退化是驱动河川径流过程中变差增大、降水-径流系数减少以及洪水频率增加的主要原因.保护源区高寒草甸与独特的高寒湿地生态,对于维护源区水涵养功能和流域水安全意义重大.
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  乌鲁木齐河源1号冰川不同时期雪层剖面及成冰带对比研究

  李传金, 李忠勤, 王飞腾, 尤晓妮

  冰川冻土. 2007, 29(2): 169-175. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0027

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  对20世纪60年代、80年代和21世纪初天山乌鲁木齐河源1号冰川(以下简称1号冰川)雪层剖面特征、成冰带的对比分析研究,发现自20世纪60年代以来,1号冰川雪层剖面厚度明显减薄,结构变得简单,各层界限变得模糊.成冰带类型及其分布发生了明显变化,60年代存在于冷气候条件下的冷渗浸带,80年代被渗浸带所替代.21世纪初,1号冰川成冰带变化更为显著,尤其是东支,顶部已具有消融带特征.研究表明,20世纪80年代以来河源区气候变暖是导致上述变化的主要原因.
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  西北地区45a来降水异常的时空变化及其标度特征

  苏布达, 王国杰, 姜彤

  冰川冻土. 2007, 29(2): 176-182. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0028

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  利用西北地区(73°~113°E,30°~50°N)157个气象站的1960—2004年日降水观测资料,通过非参数趋势检测和旋转主成分分析方法对年降水异常的时空特征进行研究.根据降水特征的差异,西北地区可以划分为西北东北部、东南部、西北部、西南部、中北部及中南部等6大区域.结果表明:西北地区降水自东南向西北逐步递减,降水变化趋势则是东南为负、西北为正,变化幅度东南大于西北.根据每个分区的降水序列标度特征,采用消除波动趋势分析方法,对6个分区45 a来降水时间序列所纪录的大气动力过程影响的时空差异进行分析,定量区分区域气候系统和局地要素对不同区域降水贡献的差异及其年代际变化.
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  45a来塔里木河流域气温、降水变化及其对积雪面积的影响

  徐长春, 陈亚宁, 李卫红, 陈亚鹏

  冰川冻土. 2007, 29(2): 183-190. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0029

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  对塔里木河流域19个台站45 a(1958-2002年)的气温、降水序列进行非参数检验,查明其变化趋势及特征,在此基础上,对近20 a(1982-2001年)流域的积雪面积(SCA,%)变化进行趋势与相关分析.结果表明:流域的气温和降水均在20世纪80年代中期发生了阶段式的跳跃增长,气温和降水增加的主要季节分别为冬季和夏季.流域总体的积雪面积呈缓慢增加态势,其中北区和西区增加较为稳定,而南区相对不稳定.在垂直方向上,海拔<2 500 m的区域积雪面积表现缓慢增加,而海拔≥2 500 m的区域则减少.相比较,低海拔区域更易受降水影响,而高海拔区域更易受气温影响.海拔2 500~5 000 m的高度带是对气候变化较为敏感的区域.20世纪90年代与80年代相比,降雪和融雪的速度都更快.积雪与冷季降水呈正相关,但与冷季气温没有明显的相关关系.
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  喜马拉雅山雪冰主要离子的时空变化特征及来源分析

  耿志新, 侯书贵, 张东启, 康世昌, 刘亚平, 王叶堂

  冰川冻土. 2007, 29(2): 191-200. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0030

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  对喜马拉雅山不同地区的3个雪坑和2个浅雪芯及东绒布冰川80.36 m冰芯的主要阴阳离子数据进行了分析.结果表明:主要离子浓度具有显著的季节变化特征,非季风期各主要离子浓度以高值为主,夏季风期离子浓度以低值为主;但Cl^-、Na⁺和K⁺等也表现出偶然的高浓度事件.东绒布冰川雪坑和达索普浅雪芯的Na⁺、K⁺和Cl^-的浓度均远高于喜马拉雅山南坡的卓奥友雪坑和Nun Kun浅雪芯的相应值,前者为后者的数倍,表明Na⁺、K⁺和Cl^-的浓度受地理位置的影响显著.喜马拉雅山南坡卓奥友雪坑的NH₄⁺浓度远高于喜马拉雅山北坡各雪坑、浅雪芯的NH₄⁺浓度,表明喜马拉雅山对NH₄⁺的传播起到了显著的屏障作用,但喜马拉雅山对粉尘来源离子(如Ca²⁺和Mg²⁺等)的空间贡献并不是一个有效的屏障.HYSPLIT_4模式模拟的空气轨迹图表明,喜马拉雅山地区冬春季的雪冰主要离子主要是来自南亚的塔尔沙漠以及西亚的干燥少雨的高原地区,或更遥远的北非撒哈拉沙漠,而并非通常认为的中亚和我国西北干旱、半干旱区.
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  冰川动力学模式及其对中国冰川变化预测的适应性

  李慧林, 李忠勤, 沈永平, 王飞腾, 王文彬

  冰川冻土. 2007, 29(2): 201-208. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0031

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  冰川动力学模式以其优越的物理过程描述能力,在冰川变化的预测研究中占有重要地位.其中“频率响应模式”、“剖面形状因子模式”和“冰流模式”较为成熟,并且具备对山岳冰川演变的模拟分析能力.从发展历史、主要利弊以及适用条件和范围几个方面,对上述3种模式进行了讨论,并对其在我国冰川上的运用前景进行了探讨.
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  树轮宽度记录的天山东段近200a干湿变化

  王劲松, 李金豹, 陈发虎, 勾晓华, 彭剑峰, 刘普幸, 靳立亚

  冰川冻土. 2007, 29(2): 209-216. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0032

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  利用采自天山东部两处不同地点上下限的西伯利亚落叶松(Larix sibirica Ledb.)树轮样芯,分别建立了树轮宽度年表.经相关普查和响应函数的计算表明,天山东段森林下限的树轮年表与该地区3~6月的降水和气温相关显著,通过定义湿润指数,以树轮宽度为指标,重建了天山东段巴里坤地区近200 a来春季至初夏湿润指数的演变历史,解释方差为42%.统计分析表明,重建的湿润指数序列与邻近气象站的器测资料计算得到的湿润指数序列呈显著的正相关关系.重建序列能较好地反映天山东段近200 a来春季至初夏的干湿变化,在200 a中有6个显著的湿润时段和7个显著的干旱时段.天山东段近200 a来3~6月湿润指数序列的显著周期是11 a,然后依次存在16 a、5 a、8 a、3 a和32 a的稳定周期.
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  土地利用变化对高寒草甸土壤有机质更新的影响

  陶贞, 沈承德, 高全洲, 孙彦敏, 易惟熙, 李英年

  冰川冻土. 2007, 29(2): 217-225. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0033

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  对青藏高原海北站区的自然土壤和扰动土壤进行高分辨率采样,测定土壤根系、有机碳及其¹⁴C含量;用¹⁴C示踪技术探讨土地利用变化对高寒草甸土壤有机质更新的影响.研究表明,土地利用变化对高寒草甸土壤碳循环影响显著.耕作活动导致扰动土壤有机碳储量比自然土壤增加29.35%;扰动土壤剖面10~50 cm深土壤有机质的¹⁴C含量相对富集;自然土壤大多数有机碳储存在土壤表层,更新时间<50 a,同一深度扰动土壤有机碳储量显著少,更新时间长(171~294 a);自然土壤10 cm以下有机碳主要为更新时间>1 000 a的稳定碳所控制,扰动土壤的相应值出现在40 cm以下;自然土壤有机质更新产生的CO₂通量为114 gC·m^-2·a^-1,扰动土壤为48.7 gC·m^-2·a^-1.
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  1971—2000年中国陆地植被净初级生产力的模拟

  何勇, 董文杰, 郭晓寅, 季劲钧

  冰川冻土. 2007, 29(2): 226-232. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0034

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  利用植被与大气相互作用模式(AVIM),基于气象台站的观测资料模拟了1971—2000年中国陆地生态系统NPP的变化特征.结果表明:1971—2000年我国陆地植被年均NPP变化范围在0~987.67 gC·m^-2·a^-1,全国平均值为349.74 gC·m^-2·a^-1,30 a呈现出递增的变化趋势.对各类植被NPP的模拟显示,最近30 a我国热带雨林、落叶阔叶林以及有地被层的阔叶林的年均NPP减小,而混交林、常绿针叶林、落叶针叶林、有裸土的灌丛、草地以及作物的年均NPP均为增加趋势.由于采用了先进的农业技术,与自然条件下我国作物的年均NPP变化相比,我国实际的粮食单产在上述时期呈显著的增长,表明了人类活动对于我国陆地植被净初级生产力有着深刻的影响.
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  中国西部山岳冰川MIS3b冰进的初步探讨

  赵井东, 周尚哲, 刘时银, 何元庆, 许刘兵, 王杰

  冰川冻土. 2007, 29(2): 233-241. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0035

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  对横断山的沙鲁里山、祁连山东段的冷龙岭、天山西段托木尔峰南麓的阿特奥依纳克河流域等3个地区7个研究点的第四纪冰川作用开展了深入研究,应用ESR测年技术在7个研究点特定的地貌部位共获得12个对应于MIS3(56~36 ka BP)的测年结果,且年龄基本上都对应于MIS3b(54~44 kaBP).结合已有的研究资料,并对MIS3气候特征进行综合分析,研究表明:MIS3强大的季风环流带来的丰富降水与MIS3b冷阶段的组合是川西高原的沙鲁里山与祁连山东段冷龙岭MIS3b冰进的主要原因,而天山西段阿特奥依纳克河流域MIS3b冰进则是不稳定的西风波动带来的丰富降水所致.这3个地区沉积有该次冰进的冰碛物.
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  影响阿克苏河年径流量变化的前期大气环流指数因子研究

  毛炜峄, 王铁, 江远安, 王进, 李红德

  冰川冻土. 2007, 29(2): 242-249. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0036

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  应用阿克苏河两条支流的年径流量和国家气候中心发布的74类大气环流月指数资料,分析了年径流量与前一年大气环流月指数之间的关系.用滑动相关法提取初始因子库,建立回归模型和集合分析,得到超级集合回归模型.托什干河年径流量监测序列与超级集合拟合(预测)序列的相关系数达0.8766,而库玛拉克河达到0.8122.用逐级反推法,确定影响两条支流年径流量年际变化的前一年环流指数因子.影响托什干河年径流量年际变化的前期环流指数都以持续1个月的因子居多;影响库玛拉克河年径流量年际变化的前期环流指数都以持续2个月的因子居多,其次是4个月、1个月.影响两条支流年径流量的前期大气环流指数因子的种类、空间分布、时间分布、持续影响时间等差异很大,这些不同与阿克苏河两条支流的流域参数、地表水来源组成、地表径流形成的气象条件等多方面的差异有关.
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  扰动动能与平均动能转换率及其角动量涡旋输送与新疆暴风雪过程的关系

  杨莲梅, 杨涛

  冰川冻土. 2007, 29(2): 250-257. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0037

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  用1995年5月至1999年4月KWBC北半球500 hPa高度场5°×5°客观分析资料,应用谐波分析把等压面高度场沿纬圈作富利叶级数展开,计算逐日25°~80°N每隔5°纬度递增的沿纬圈的扰动动能与平均动能转换率(E)、角动量涡旋输送(RM),分析了E和RM的年、季分布特征及其与新疆暴风雪过程的关系.结果表明:E和RM具有显著的季节变化和周期性;E的正高值中心与新疆暴风雪过程有较好的关系,出现E正高值中心的日期作为预报指标日,其后3~6 d新疆将出现暴风雪天气过程,出现RM负低值中心的日期作为预报指标日,其后3~8 d新疆有暴风雪过程发生;当E的正高值中心和RM的负值中心同时出现时,更确定了新疆暴风雪过程出现的可能性.
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  长江源区小冬克玛底冰川区积雪消融特征及对气候的响应

  杨建平, 丁永建, 叶柏生, 王强

  冰川冻土. 2007, 29(2): 258-264. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0038

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  2005年使用花杆法在小冬克玛底冰川上进行了两轮积雪融化观测,结果显示:6月中、下旬,冰川区积雪消融基本与气温同步变化,但到7月上旬积雪消融发生了变化:其融化时间提前了2 h,在12:00融化量就达到一定高度;融化量大,日平均融化量较6月中下旬大0.71 mm水当量;最大积雪融化量出现时间滞后于气温最高时间约2 h,于18:00达到最大值.雪坑雪层剖面真实记录了积雪积累与融化过程中的雪层变化.积雪融化除受温度影响之外,还与风速等其它因素有密切关系.温度越高,融化量越大;风速与积雪融化量的关系相对复杂.积雪融化量只与1.5 m高度风速有关.在2h尺度上,近地面风速大,积雪融化量也大;在日尺度上,风速与积雪融化量的关系较好,但在两个观测时段表现出不同的相关关系.研究区积雪量很少,受昼夜气温变化与下垫面状况的影响,积雪融水几乎不产生径流,对河川径流的影响程度极小.
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  石羊河流域水资源利用现状及其持续利用对策研究

  许文海, 张永明, 陈刚

  冰川冻土. 2007, 29(2): 265-271. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0039

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  通过对石羊河流域水资源利用现状及存在问题的分析,认为流域水资源已经严重超载,进行流域综合治理已刻不容缓.针对流域面临严峻的水资源及生态环境问题,提出分抢救和治本两个阶段来解决问题,近期以抢救为重点.按照南护水源、中建绿洲、北防风沙的治理思路,实行治理上游、改造中游、拯救下游的流域综合治理,以遏制生态环境恶化的趋势为目标,以提高用水效率为核心,以流域水资源统一管理为保证,实现流域水资源的可持续利用,支撑经济社会的可持续发展,达到人与自然和谐共处.
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  我国西部世界遗产地门票价格变动对客源市场的影响——以甘肃省和四川省世界遗产地为例

  石惠春, 杨二俊

  冰川冻土. 2007, 29(2): 272-278. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0040

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  旅游需求的显著特点之一是随时间变化而变化,定量研究和预测旅游需求随时间的变化,对世界遗产地的科学开发规划和经营决策具有重要的指导意义.选取甘肃和四川两省世界遗产地景点的门票价格,统计分析了世界遗产地门票价格变动对客源市场的调节作用,用时间结构分析模型探讨门票价格变动引起的客源市场季节性结构特征和年际结构特征.结果表明:门票价格的上涨对世界遗产地的客源市场在短期内具有一定影响,但长期影响不显著.要解决目前世界遗产地人满为患的困境,尚需积极寻求其它有效措施.
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  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

  杨思忠, 金会军, 魏智, 吉延峻, 何瑞霞

  冰川冻土. 2007, 29(2): 279-285. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0041

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  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.
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  极端微生物的多样性及应用

  周璟, 盛红梅, 安黎哲

  冰川冻土. 2007, 29(2): 286-291. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0042

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  极端微生物是一类适应极端环境相对隔离进化的微生物,占据对生命而言接近极限的生态位,在形态结构、生理生化、分子进化机制等方面具有特殊性.文中综述了极端微生物的分布和分类特点,对嗜热、嗜冷、嗜酸、嗜碱、嗜盐和嗜压微生物等六大类群分别进行描述,并分别叙述了其具有的极端环境活性物质和应用价值.
寒区科学与技术
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  青藏高原多年冻土区碎石护坡降温作用及效果分析

  孙志忠, 马巍, 李东庆

  冰川冻土. 2007, 29(2): 292-298. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0043

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  基于青藏高原北麓河多年冻土区碎石护坡路基与普通路基温度监测资料分析,结果表明:碎石层的铺设具有减小坡面年平均温度及坡面温度年较差的作用;与普通路基相比,碎石护坡在暖季主要起到隔热作用,但在冷季主要存在不利于路基散热的弊病.从路基人为冻土上限抬升状况、温度降低程度和路基变形量的差异来看,碎石护坡路基较普通路基有利于冻土路基的热稳定性.但碎石护坡调节路基内部温度场是一个长期过程,即坡面温度对多年冻土温度的影响具有滞后性,若作为青藏铁路多年冻土区补强措施使用时应慎重.
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  多年冻土区路基边坡遮阳板降温过程试验研究

  俞祁浩, 潘喜才, 程国栋, 何乃武

  冰川冻土. 2007, 29(2): 299-305. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0044

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  基于室内的系统试验,试验条件下研究发现遮阳板对热辐射的遮挡是有效避免路基坡面升温主要的因素;遮阳板下空气对流换热可及时带走遮阳板本身及遮阳板辐射产生的热量,这是避免坡面升温的重要补充;遮阳板下空气的有效流动,可以将坡面温度保持在较一般地表温度更低的水平上.由于遮阳板对下部空气层的限制作用,在遮阳板下产生“烟囱效应”,由此使得遮阳板下的空气流速得以大幅提高.青藏公路遮阳板试验段观测资料证明,通过遮阳板在路基边坡的实施,可以降低整个坡面年平均温度约3.2℃,并较天然地表低约1.5℃.
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  青藏铁路抛石护坡和保温材料复合路基温度场特征非线性分析

  张明义, 李双洋, 高志华, 张淑娟

  冰川冻土. 2007, 29(2): 306-314. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0045

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  采用多孔介质中流体的连续性方程、动量方程及能量方程,针对青藏铁路的气温和地质条件,对抛石护坡路基(无保温材料)及其在靠近路基顶部增设保温材料后的温度场特征进行了分析和比较.结果表明:在年平均气温为-4.0℃的青藏高原多年冻土区,考虑未来50 a气温上升2.6℃条件下,抛石护坡路基对其下部多年冻土可起到一定的保护作用;但由于气温升高的影响,路基中心处出现终年融化夹层;计算中发现当抛石护坡达到一定厚度时,单纯依靠增加抛石护坡厚度并不能明显增加其对路基中心处的降温效果;而增设保温材料后的抛石护坡路基可有效减小路基中出现的融化夹层,确保冻土路基的稳定.因此,建议在高温多年冻土区使用抛石护坡路基结构时,应考虑使用保温材料作为一种对抛石护坡路基进行保温补强的措施.
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  青藏铁路冻土区块石护坡路基热传递特性

  李国玉, 李宁, 康佳梅

  冰川冻土. 2007, 29(2): 315-321. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0046

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  块石护坡路基是青藏铁路建设中一种有效的冷却地基保护冻土工程措施.考虑高原夏季夜间冷空气对块石护坡路基温度场的影响,对青藏铁路北麓河块石护坡试验路基夏季某一整天的温度场、热流量和热流密度进行了分析,研究块石护坡路基昼夜间热传递特性.结果表明:块石护坡路基在夏季白天吸收热量,在夜间冷空气的作用下路基释放一部分热量,说明夏季夜间存在一定的降温效果.另外考虑一年内冷暖季块石护坡的热传递差异,对块石护坡路基冷暖季的温度场、热流量和热流密度变化情况进行研究,探讨其冷暖季热传递特性,结果显示:块石护坡路基暖季处于吸热状态,冷季处于放热状态;从一年的热流量变化看,块石护坡路基冷季的放热量大于吸热量,路基储存冷能有利于保护冻土.
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  粘弹塑本构模型及用于冻土数值计算的柔度矩阵

  李栋伟, 汪仁和, 林斌

  冰川冻土. 2007, 29(2): 322-326. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0047

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  随着寒区经济发展及冻结法施工技术在工程中的推广应用,对冻土蠕变的深入研究显得尤为重要.对冻土单轴流变试验结果分析,用非线性牛顿体替代线性牛顿体,从而对西原模型进行了改进,得到了冻土三向应力状态下的本构方程;并利用D-P屈服准则推导出应用与数值计算的柔度矩阵.通过有限元程序的二次开发,将本构模型添加到大型非线性程序ADINA中.用三轴蠕变试验检验了粘弹塑本构模型,获得相应的试验拟合曲线.结果表明:三轴蠕变试验与理论计算结果吻合良好,说明粘弹塑本构模型可以描述冻土在高应力下反映的非衰减性蠕变变形特征.
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  青藏铁路多年冻土区片石通风路堤施工技术

  王釭

  冰川冻土. 2007, 29(2): 327-332. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2007.0048

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  结合工程实例详细介绍青藏铁路高原多年冻土地段片石通风路堤的参数选择、施工方法以及保证措施.通过以上的施工技术,取得了相应的阶段性成果:片石路基片石层顶面、底面与路基基底位置处地温分别低于普通路基相同位置处地温,片石路基有利于降低路基地温,是一种有效的主动保护多年冻土工程措施;片石路基在调节路基阴阳坡地温起到了积极的作用,减轻了路基地温不对称性的发生;对比片石路基和普通路基的路基变形量,片石路基的变形量相对较小.