在寒冷地带,如果外界温度是-30℃,那么一般冻土层有多厚

三国杀甘夫人2023-05-03  28

冻层深度和当地年、日平均温度有关,直接受到太阳照射强度影响。

1、如果是最低温度-30℃左右,那么类似于冬季的东北黑龙江地区。曾经看到过黑龙江查干湖冬季捕鱼时的电视节目,介绍冰层厚度在15米左右,这也是当地的冻土层厚度。

2、如果是年平局温度-30℃左右,那么比南极地区的平局温度还低,估计冻土层厚度要超过30米。

解冻一米厚冻土土层方法如下:

1、冻土融化方法应视其工程量大小、冻结深度和现场施工条件等因素确定,可选择烟火烘烤、蒸汽融化、电热等方法,并应确定施工顺序。

2、工程量小的工程可采用烟火烘烤法,其燃料可选用刨花、锯末、谷壳、树枝皮及其他可燃废料。在拟开挖的冻土上应将铺好的燃料点燃,并用铁板覆盖,火焰不宜过高,并应采取可靠的防火措施。

3、当热源充足,工程量较小时,可采用蒸汽融化法。应把带有喷气孔的钢管插入预钻好的冻土孔中,通蒸汽融化。冻土孔径应大于喷汽管直径1c米,其间距不宜大于1米,深度应超过基底30厘米。当喷汽管直径D为2.0~2.5厘米时,应在钢管上钻成梅花状喷汽孔,下端应封死,融化后应及时挖掘并防止基底受冻。

4、在电源比较充足地区,工程量又不大,可用电热法融化冻土。电极宜采用16~25的下端带尖钢筋。电极打入冻土中的深度不宜小于冻结深度,并宜露出地面10~15厘米。电极的间距宜按表3.3.4采用。电热时间应根据冻结深度、电压高低等条件确定。当通电加热时可在地表铺锯末,其厚度宜为10~25厘米,并宜采用1%~2%浓度的盐溶液浸湿。采用电热法融化冻土时,应采取安全防护措施。电极的间距(厘米)表3.3.4电压(V)冻结深度(厘米)。

1 冻土的概念

冻土(frozen ground)是指在气温寒冷的地区,含有冰的土层或岩层。如果土层的温度很低,但不含冰,这种土层称为寒土(cold earth)。在高山和高纬度地区,气候寒冷,但降水少,在地表不能形成冰川,由于土层或岩层的年散热量大于年吸热量,使土层或岩层的温度降低,其内部的水就结冰,将土层中的碎屑颗粒冻结在一起,或岩层中的水冻结,形成冻土。因此,冻土并不只是冻结的粘土层,还包括冻结的砂层、砾石层以及基岩表层中裂隙水冻结层等。

按照冻土在不同季节中的变化,可分为多年冻土(permafrost)、季节冻土(seasonal frozenground)和瞬(短)时冻土(instantaneous frozen ground)。多年冻土也称永久冻土,就是冻土层多年都不被融化掉,它们主要分布在高纬度和高山地区,如青藏高原的多年冻土(图6-20)。季节冻土是指在冬季时土层中的水冻结,形成冻土,而在夏季冻土中的冰又融化掉,它主要分布在中纬度地区,如我国长江以北到东北地区(图6-20)。瞬时冻土只是在短暂时间存在,如冬季的夜间土层表层形成冻土层,而到了白天土层中的冰就融化掉,冻土消失,在我国分布在长江以南地区。在多年冻土中,按照冻土的连续性,又可分为连续多年冻土(continuous permafrost)和不连续多年冻土(discontinuous permafrost)。连续多年冻土的冻结层厚且连续分布,而不连续多年冻土的冻结层较薄且不连续,冻结层之间为融区,所以这类冻土又称岛状冻土(permafrost island)或片状冻土。

图 6-20 中国冻土类型及其分布(据童伯良、周幼吾等,1975; 转引自曹伯勋等,1995)

冻土的形成受气候、岩性、地层、含水性、地形、植被、地下水运动等因素影响。对于多年冻土而言,年均气温要低于0℃,而季节冻土则是冻结季节气温低于 0℃。土层的隔热性能越好,越利于冻土的形成,因此土层越细、有机质含量越高、含水越多,越容易形成冻土。阴坡比阳坡,缓坡比陡坡,平地比山坡,都容易形成冻土。植被覆盖能起到保温作用,因此有植被覆盖的地区比没有植被覆盖的地区冻土发育,所以在高原或高寒地区,草原和草甸的破坏都会影响到冻土厚度的变化。地表流动的水体对冻土的形成也有影响,常会在河床的下面形成融区(talik)。

图 6-21 冻土的两层结构及其变化(据杨景春,1985)

2 冻土的结构与分布

多年冻土在剖面上可划分为两层结构,上面为活动层(active layer),下面为永冻层(permafrost layer)(图6-21a),也称多年冻层(ever-frozen layer)。活动层随季节而变化,冬季冻结,而夏季融化。活动层的厚度取决于冻土区的夏季气温、土层岩性、植被覆盖、透水性等。活动层厚度的变化对工程影响非常大,在冬季由于冻结而膨胀,地面鼓起,而在夏季因融化地面下陷,这将导致地面构筑物的变形或破坏。永冻层终年不融化,其厚度从数米到数百米。如果今年是一个暖冬,活动层再冻结时深度达不到永冻层的顶部,那么在永冻层与冬季冻结层之间存在一层未冻结的融区(图6-21b); 如果翌年的夏季凉爽,融化深度又小于头年冬季的冻结深度,那么在活动层中的下部留下一层冻结的隔年层(pereletok)(图6-21b)。

冻土的分布具明显的纬向性和垂向性,纬度和海拔越高,冻土越发育。从冻土厚度来看,从低纬度到高纬度,从低海拔到高海拔,它是增厚的(图 6-22 及图 6-23)。如祁连山北坡海拔4000m 处冻土厚100m,到海拔3500m 处厚度减到22m。中国西部各山地随着纬度的增加,冻土发育的下限降低(图 6-23),在昆仑山为 4400 ~4300m,祁连山为 3800 ~3500m,到天山降到 2500m,而阿尔泰山只有 1100 ~1000m。在冻土类型上,由南向北,从低到高,依次出现瞬时冻土、季节冻土、不连续多年冻土、连续多年冻土。

图 6-22 北半球多年冻土类型及厚度分布图(据 B J Skinner and S C Porter,1994,修改补充)

图 6-23 中国多年冻土发育下限海拔高度和厚度分布图图中数字为冻土厚度

冻土中的冰可分为三种类型: 一是胶结冰,主要在冻土的表层,是碎屑颗粒间的吸着水、薄膜水冻结而成; 二是分凝冰,一般位于胶结冰的下面,是由于冻土层中的一些小冰粒或冰块,使其周围的水汽压减小,水分子就向冰粒或冰块聚集,造成冰粒或冰块长大而形成的冰; 三是构造冰,它是由于冻土层的冻裂,水充填到裂隙中形成的冰,这种冰也会不断地生长并挤压冻土层,造成冻土层的变形,形成一些冻土地貌。

3 冻融作用

冻融作用(freeze-thaw action)是冻土区一种比较特殊的作用,也是冻土地貌形成最主要的动力。冻融作用是指在气温周期性(有年内和年际)变化的影响下,土层中的水反复冻结和融化,造成土层的膨胀、开裂、变形、扰动、流动等复杂变化,形成一系列的冻土地貌和次生构造的过程。冻融作用有两个过程,开始是土层中的水冻结而产生膨胀的挤压作用,可使地表和地下土层发生变形; 其次是冻土层的融化过程,由于在冻结过程中造成冻土层中水分增加,所以在融化时,土层含水量高而变得湿软,容易塑性流动。冻融作用的强弱与活动层的厚度、气温变化的幅度、土层中的含水量有关,在土层中含水量高、温度变化幅度大的地区,冻融作用强。

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