本研究以中俄原油管道漠河至大庆段工程沿线高纬度低海拔多年冻土区大兴安岭多年冻土活动层的变化为研究对象,在已有的调查、监测和研究的基础上,采用物探勘察并结合钻探、坑探的方法,查明工程沿线冻土空间分布特征的变化及演变的影响。揭示工程影响下高纬度多年冻土的退化过程与机理,通过本地区多年冻土退化过程中活动层变化的基本规律,研究重大工程等因素对高纬度多年冻土演化过程的影响,深入分析冻土环境与工程的相互效应;探讨工程沿线多年冻土活动层的变化趋势,依据前人成果,研究重大工程沿线高纬度多年冻土演变数值模型,模拟预测本地区高纬度多年冻土未来的变化,完善工程-冻土相互作用的基础理论、提高工程沿线高纬度多年冻土影响的描述精度具有重要意义,为提高我国对高纬度多年冻土变化的模拟和预测水平,指导在大兴安岭多年冻土区的工程建设、生态环境变化研究和预测、水资源利用等方面提供科学依据。
Daxinganling;frozen soil;frost and thaw;temperature;numerical simulation
中俄输油管线工程对我国能源安全具有重要的战略意义,管线工程对穿越的大兴安岭冻土将产生一定的影响。本项目布置了两个典型断面地温、应力、应变长期观测断面。进行了野外观测及数据采集。项目组沿中俄石油管线系统地进行了地形、地貌、地质、冻融等地质灾害等现场调查工作.对于典型冻土区进行了详细全面的调查和研究。同时,分析了收集的勘察资料和成果, 研究了本区域大兴安岭多年冻土在工程活动影响下的活动层变化.课题组对中俄原油管道线路进行了实地踏勘和调查管道线路穿越大兴安岭多年冻土区引起的冻土工程问题。探讨了有关多年冻土区管道工程可能产生的工程问题(冻土层的环境变化)等。在仔细研究收集的初勘阶段地质勘察资料的基础上,组织了课题组人员沿着既定的管道线路多年冻土区开展了现场考察。这包括搜集管道沿线的地形、地貌、气象、水文地质、工程地质、多年冻土、植被和湿地等方面的有关资料,并依据典型观测断面地温变化等资料收集,深入掌握勘探资料、冻土特征。岩土冻结和冻胀特点,为研究活动层研究打下了基础。研究了岩土在冻融状态下的工程力学性质,冻胀和融沉。人类的工程活动将对管道沿线和周围的多年冻土条件产生深刻影响。冻土活动层的冻融作用,地下水分布和运移过程进行了研究.研究了气候变化及人为活动影响下,运营期间管道沿线冻土工程地质条件的变化机制和趋势。研究了大兴安岭型冻土工程,探讨数值模拟分析多年冻土活动层的水分、温度场和应力应变场。探讨了冻土的工程特征(水、热、力耦合机理、变形机理等数值分析);模拟分析了岩土水份条件、气温、地温等计算模型。研究研究区输油管道工程的冻土工程地质条件变化预报系统分析了高温冻土与低温冻土的温度、水分、应力、应变的变化规律和关系。将室内外模拟试验、数值模拟计算和预测相结合。依据原油管道运送中的工艺特点及冻土的特殊性质,综合运用传热学、流体力学以及冻土力学最新研究成果,在建立寒区管-土相互作用理论基础上,采用数值模拟结合实验室和现场模型试验的方法,在考虑与土体热、力耦合作用下的冻融过程、温度场、应力场、变形场等基础上,对输油管道基础将面临的冻胀融沉灾害机理进行了模拟试验研究,其成果才对我国东北冻土区工程的冻胀和融沉问题提供了理论基础和科学依据。