多年冻土热力稳定性对气候-生态环境-工程活动的复合响应过程和机理

Based in focus problems of international permafrost research, difficult problems of permafrost engineering and national requirements of key engineering in cold regions, observation in heat and moisture of frozen soil, remote sensing and GPS monitoring of surface and embankment deformation, active layer thickness, multi-channel Geo-radar inversion of ground ice content and heat-moisture change in different ecological system of different topographical unit are studied by fine section scale, local scale and regional scale. Fine section scale numerical model of interaction among permafrost, climate change, ecological environment and engineering actions and local and regional scale evaluation model of frozen soil engineering geology are built to study superposed impact of climate change, ecological environment and engineering activities on permafrost change beneath embankment and natural surface and simulate change trend of permafrost and surface deformation and its impact on embankment stability under the effect of climate change and engineering action. Clearly explaining the response process and mechanism of permafrost thermal-mechanical stability to climate change and ecological environment and engineering activities are clear explained and the coupling effect of quick and slow process in the impact of climate change and engineering activities on permafrost and proposing engineering design principle of considering climate change in permafrost engineering and ecological environment protection of key engineering in cold regions can provide some scientific supports for the key engineering construction in cold regions.

本项目结合国际上冻土研究的热点问题、冻土工程研究的难点问题和国家重大工程需求，通过精细尺度、局域尺度和区域尺度不同地貌单元、不同生态系统下冻土水热状态定位监测、地表和路基变形遥感监测和高精度GPS定位监测、多通道雷达反演活动层厚度、地下冰含量和水热变化研究，建立精细尺度上冻土与气候变化、工程活动和生态环境变化之间相互作用的数值分析模型和局域、区域冻土工程地质过程评价模型，研究气候、生态环境变化和人类工程活动对自然和路基下部冻土变化的叠加影响，模拟气候变化下多年冻土和地表变形的变化趋势及其对路基稳定性的影响。阐明多年冻土热力稳定性对气候和生态环境变化、工程活动的响应过程和机理，揭示气候变化和工程作用对路基下部多年冻土影响的快慢过程的耦合效应，提出冻土工程考虑气候变化的工程设计原则和寒区生态环境保护对策，为寒区重大工程建设提供科学支撑。

本项目主要结合青藏铁路和青藏公路冻土工程，以多年冻土热-力稳定性对气候、生态环境、工程活动的复合响应过程与机理为主线，通过精细剖面尺度、局域尺度和区域尺度下不同地貌单元、不同生态系统冻土水热定位监测、地表和路基变形监测和遥感反演、多通道地质雷达反演冻土活动层厚度等综合研究手段，开展了不同生态系统下多年冻土热稳定性自然和工程影响下的变化过程和特征、路基工程对两侧冻土热稳定性的影响范围、植被盖度和恢复特征等方面开展了研究。通过5年的研究，项目取得了较好的研究成果。第一，研究了多年冻土热稳定性对气候和工程作用的响应过程。给出了气候变化影响下青藏高原多年冻土热稳定性的变化和工程稳定性区划；揭示多年冻土对气候和工程作用影响的多尺度叠加效应，提出多年冻土温度定量趋势预测的新方法；搞清了青藏铁路补强措施对工程稳定性的作用，为青藏铁路补强方案的选择提供了科学支撑。第二，研究了不同生态系统下多年冻土对气候变化和工程作用的响应过程和机制。阐明了不同生态系统下多年冻土对气候变化响应的差异，搞清了气候-植被-冻土-工程相互作用关系，揭示了不同生态系统下工程对冻土环境的影响差异，进一步明确了青藏工程走廊对植被变化的影响。第三，研究了地质雷达反演冻土环境和InSAR技术反演地表变形的方法，为局地场地冻土调查和区域地表变形提供了重要技术支撑。第四，通过上述研究，提出了冻土工程考虑气候变化的工程设计的思路和原则，为考虑气候变化的工程设计提供了依据。