多年冻土退化威胁青藏铁路安全

吴青柏 ,  马巍 ,  赖远明 ,  程国栋

Engineering ›› 2025, Vol. 49 ›› Issue (6) : 177 -189.

PDF (3906KB)
Engineering ›› 2025, Vol. 49 ›› Issue (6) : 177 -189. DOI: 10.1016/j.eng.2024.01.023
研究论文

多年冻土退化威胁青藏铁路安全

作者信息 +

Permafrost Degradation Threatening the Qinghai–Xizang Railway

Author information +
文章历史 +
PDF (3999K)

摘要

高含冰量多年冻土变暖和融化显著威胁“世界屋脊”青藏高原上青藏铁路（QXR）的长期稳定性。本文探讨了在气候变化和工程建设的双重影响下观测到的多年冻土退化和路基工程病害特征。由于多年冻土加速退化和放大效应，路基下部高含冰量多年冻土对路基热力稳定性产生了重要影响。路基变形具有潜在的高融沉风险，特别是656个路桥过渡段，其融沉风险可能高达25%。冷却路基技术可以用来减缓这些影响，包括块石结构路基（CRSEs）、热棒和补强措施等，这些措施在冷却路基下部多年冻土和维持路基稳定性方面起着重要作用。然而，在未来气候变化和多年冻土持续退化的趋势下，青藏铁路仍将面临因多年冻土退化导致的路基病害高风险，需要探索更高效的工程对策来加强多年冻土热力稳定性。因此，需要更好地理解这些高病害风险区域，并对现有的冷却路基技术进行必要的调整和优化，以应对气候变化带来的各种挑战。

Abstract

The thawing and warming of ice-rich permafrost present a considerable threat to the long-term stability of the Qinghai–Xizang Railway (QXR) on the roof of the world—that is, the Qinghai–Xizang Plateau (QXP). In this review, we explore the extent of the observed permafrost degradation and embankment damage under the coupled impacts of climate change and engineering construction. The ice-rich permafrost beneath the embankment presents a substantial threat to the thermal–mechanical stability of the embankment due to the permafrost’s accelerated and amplified degradation. The observed embankment deformation has a potential high risk of thaw settlement, especially for 656 embankment–bridge sections, whose potential high risk of thaw settlement may be as great as 25%. Several techniques for roadbed cooling can be used to alleviate these impacts, including crushed rock structure embankments (CRSEs), thermosyphons, and reinforcement measures, which have been demonstrated to be successful in cooling the underlying permafrost and stabilizing an embankment. Under future climate change and permafrost degradation, however, the QXR still faces a high risk of embankment damage caused by permafrost degradation and requires more effective methods to reinforce the thermal–mechanical stability of permafrost. Therefore, a better understanding of such high-risk regions is needed, and roadbed cooling techniques will require further adaption in order to address the issues brought by climate change.

关键词

气候变化 / 多年冻土退化 / 青藏铁路 / 工程病害 / 路基变形

Key words

Climate change / Permafrost degradation / Qinghai–Xizang Railway / Engineering disease / Embankment deformation

引用本文

引用格式 ▾
吴青柏,马巍,赖远明,程国栋. 多年冻土退化威胁青藏铁路安全[J]. 工程（英文）, 2025, 49(6): 177-189 DOI:10.1016/j.eng.2024.01.023

登录浏览全文

4963

注册一个新账户 忘记密码

1 概述

青藏高原，被誉为“世界屋脊”，近年来因其环境发生前所未有的剧烈变化而备受瞩目[1]。多年冻土面积约占青藏高原陆地面积的40% [2]，正经历着快速变暖和融化，同时伴随着其覆盖面积的显著缩小[3‒4]。多年冻土的急剧变化正深刻改变着当地的生态水文环境[3‒5]，对植被组成、群落结构及自然演替均产生深远影响，并直接导致高寒湿地、草甸以及草原生态系统逐渐萎缩[3,6]。

除了潜在的环境影响外，多年冻土退化还威胁着位于世界屋脊多年冻土区基础设施的安全[7]，影响青藏高原偏远地区的人类活动与社会经济发展。重要基础设施，如公路、高速公路、铁路、输电线路及管道等，均穿越多年冻土区[7‒9]。气候变暖与工程建设的双重影响正在加剧多年冻土退化，增加了基础设施失稳风险[7]。同时，热融滑塌和热侵蚀等自然灾害风险的异常增加也正威胁着这些基础设施的安全[10‒11]。预测结果表明，在气候变化影响下，多年冻土将持续升温和融化[12‒13]，基础设施受损的风险将逐步增大。预计至2050年，30%~50%的基础设施将面临高风险[10]。这些影响对多年冻土区工程设计进一步考虑气候变化影响提出了巨大的挑战[14]。

本文全面概述了多年冻土退化对青藏铁路的影响，以及针对这些影响所采取的工程措施。首先，详细梳理了与多年冻土区青藏铁路建设相关的关键问题；其次，探讨了青藏铁路沿线多年冻土变化以及与多年冻土退化相关的灾害。分析了观测到的路基下部多年冻土变化和路基变形，以及应对多年冻土变化的工程措施。最后，讨论了未来气候变化对基础设施影响的重要问题。

2 多年冻土上青藏铁路

在青藏高原多年冻土区崎岖地形上建设青藏铁路，面临着气候变暖、生态环境脆弱以及工程热扰动等诸多挑战。基于多年冻土分布、温度和地下冰类型的高度空间异质性，这些因素的耦合影响加速并放大了多年冻土的退化效应[15‒16]。因此，在多年冻土上建设青藏铁路，必须对具有高度空间异质性的多年冻土特性进行精确的勘探和时空预测，以指导设计和施工。

青藏铁路穿越了约550 km长的多年冻土区，包括445 km长的多年冻土区和102 km的融区[17]。图1（a）和（b）显示了各地貌单元中多年冻土类型与含冰量的比例以及高、低温多年冻土的比例。这些区域内，铁路下部约275 km长的多年冻土温度保持在-1 ℃以内[即图1（b）中高温多年冻土]，且近半数是高含冰量多年冻土（即体积含冰量大于25%）[图1（a）] [17‒18]。这说明122 km长的高温、高含冰量多年冻土在温度升高1 ℃时极易融化，从而导致铁路路基显著沉降[7,18]。因此，高温高含冰量的多年冻土路基对青藏铁路安全构成了重大威胁[7]。

在气候变暖和工程活动的双重影响下，高温、高含冰量不稳定多年冻土对青藏铁路的稳定性产生了深远影响。多年冻土的热状态可能发生不可预测的变化，且各种类型和厚度的地下冰也可能发生融化，因此，需要采用岩土工程技术最大限度地减少相关风险，尽可能地保障青藏铁路的安全运行。青藏铁路建设之初，积极探索了冷却多年冻土的有效方法。在青藏铁路沿线清水河、北麓河、沱沱河和安多设立了试验段，开展了一系列考虑冻土地温和地下冰的工程措施的试验研究[17‒18]。通过多个试验段减缓多年冻土退化的工程措施研究，获得了一些行之有效的工程措施[17]，形成了调控热的对流、辐射和传导，冷却路基下部多年冻土的设计理念和技术（表1）[18‒20]。

2.1 调控热对流

块石结构路基是利用块石的“热二极管”效应来调控热对流的一种创新方法。这一技术利用高原寒冷冬季强化热对流，在相对温和夏季降低空气对流（表1）[21]，包括块石基底路基、U型块石路基、块石护坡路基等。该技术最早可追溯到20世纪90年代在西伯利亚[22]和中国[23]多年冻土区铁路工程的试验性应用，以及阿拉斯加内陆和中南部多年冻土区公路建设或整治工程[24]。21世纪初，这些方法因其具有显著成效而备受青睐，在青藏铁路的设计与建设中广泛应用，应用里程超过240.7 km [图1（c）] [20‒21]。

通风管路基是一种主动调节对流和促进主动热交换的方法，旨在冷却路基下部的多年冻土（表1）。这种方法通过在路堤内安装通风管，利用风驱动强迫对流以实现从路基下方提取热量[25‒26]。冬夏季显著的温差加上冬季的高风速，可使通风管路基放热明显大于吸热，从而实现全年的净放热[27]。在夏季，通风管被关闭以防止热空气进入，从而通过集成所谓的“风门”来增强冷却效果[28‒29]。然而，由于风沙阻塞通风管的潜在障碍，青藏铁路尚未采用通风管路基方法。尽管如此，已有实验对其冷却效果进行了评估，为未来可能的应用提供了参考[26‒27]。

2.2 调控热传导

热棒是另一种“热二极管”技术（表1），其原理是通过密封钢管内气液两相对流，有效调节热传导。这项技术已被应用于北极和亚北极地区的石油管道、公路及多种建筑物地基土的建设和整治工程[25,30]。在青藏铁路的建设中，热棒技术得到了广泛应用，其应用总里程超过43.6 km [图1（c）] [31]。此外，一种涉及热棒和保温层的复合技术也在青藏铁路工程中应用[32]。

被动措施，如抬高路基和铺设保温材料（表1），可以有效延缓多年冻土退化过程[33]。然而，广泛的工程实践表明，在气候变暖背景下，这些方法并不能从根本上改善路基下部多年冻土的热状态[33‒34]。

2.3 调控热辐射

遮阳措施大致可分为两类：一是可减少太阳辐射能量进入路基坡面的遮阳板（表1）；二是遮挡太阳辐射能量进入路基的遮阳篷[35‒37]。虽然遮阳篷可以通过遮蔽路基本身及其坡面太阳辐射，来显著改善青藏铁路路基下冻土的热状况，但用于此类措施的材料容易受到青藏高原上强风的破坏。基于相关的安全问题和建设成本，遮阳措施在保护路基坡面方面的实用性受到了限制[38]。尽管在青藏铁路和青藏公路建设初期进行了遮阳试验[36]，但在工程实践中并未广泛采用这项技术。

2.4 综合技术

“旱桥”，即在高温、高含冰量多年冻土区用桥梁代替路基，在青藏铁路上得到了成功应用，累计里程超过159.1 km [图1（c）]。旱桥凭借其通风和遮挡太阳辐射的机制，有效地减轻了路基施工对多年冻土造成的热影响（表1）。

青藏铁路建设之初，多年冻土区路基主要采用被动技术，如加高路基和铺设保温层。同时，提出了主动冷却路基技术，并开展了试验段研究。然而，气候变暖的影响促使青藏铁路的设计方法发生了转变。考虑到年平均地温和多年冻土含冰量的变化，青藏铁路建设工程措施发生变化，融入了多种冷却下部多年冻土的技术（图1），包括使用CRSEs [7]和热棒，以及利用桥梁取代路基的“旱桥”等。

3 多年冻土退化

3.1 多年冻土变暖和活动层增厚

青藏铁路沿线高含冰量多年冻土正经历着快速的变暖和融化，导致了地表沉降、热融灾害以及基础设施的破坏[7,16,39]。近50年来，青藏高原多年冻土分布下界普遍升高，升高幅度达40~200 m，具有较大的空间异质性[40]。从20世纪70年代至90年代，不连续多年冻土的温度升高了约0.3~0.5 ℃，而连续多年冻土的温度升高了约0.1~0.3 ℃ [41]。

自20世纪90年代以来，青藏高原多年冻土具有显著的升温趋势。1999—2015年期间，不同热稳定性的多年冻土变化呈现出显著差异（表2）[4,16,42‒47]。其中，观测到活动层厚度在不断加深[图2（a）、表2]。1980—2018年，活动层厚度以19.5 cm·(10a)-1的速度加深[42,46]。在青藏铁路沿线的28个观测点中，高达89%的观测点显示出活动层厚度的显著增加（95% CI），平均增长率为(46.74±26.88) cm·(10a)-1。其中，32%的观测点表现出极显著的增加（99% CI），平均增长率高达(69.7±47.3) cm·(10a)-1 [图2（a）、表2]。同时，青藏铁路沿线65个观测点中，约67%呈现出多年冻土温度的显著上升（95% CI），6 m深度的平均升温速率为(0.18 ± 0.12) ℃·(10a)-1，15 m深度的平均升温速率为(0.17 ± 0.11) ℃·(10a)-1；约43%的观测点表现出显著的大幅上升（99% CI），6 m深度的平均升温速率为(0.29±0.19) ℃/·(10a)-1 [图2（b）] [4,16,42‒46]，15 m深度的平均升温速率为(0.28 ± 0.09) ℃·(10a)-1 [表2、图2（c）]。

3.2 多年冻土热融灾害

青藏铁路沿线分布着250余个热融湖塘，总面积约为1.39 × 106 m2，平均热融湖塘面积约为5580 m2，主要集中分布在高平原和沟壑盆地[48]。在多年冻土退化的同时，冻融灾害的发生也显著增加，包括新的热融湖塘的形成、热融滑塌以及活动层滑脱等。例如，在青藏铁路沿线，从五道梁到风火山共发现52个新的热融滑塌[49]。发生在多年冻土斜坡上的热喀斯特过程主要由多年冻土退化引起，且由于它们距离工程结构较远，通常对工程的影响较小。然而，在气候变化的影响下，出现了工程诱发热融灾害现象，如热融滑塌和活动层滑脱，例如，青藏公路K3035处因工程取土导致地下冰暴露。这些情况对青藏铁路安全运行构成了一定程度的威胁[50]。在风火山地区，由于路基施工，导致缓坡后缘出现蠕滑拉张裂缝。随后，异常降水触发了活动层滑脱[图3（a）] [51]，导致前缘滑坡体向涵洞延伸近9 m，给青藏铁路安全运行带来了一定的风险[51]。北麓河地区青藏铁路也发生了类似的危害[图3（b）]，对铁路的安全运行构成威胁。

4 路基下的多年冻土变化

修筑路基显著改变了地表反照率、粗糙度和总体输送系数，这些变化进而影响地表辐射平衡和能量平衡，导致下伏土壤热状态发生实质性变化。与此同时，铺设在砂砾路面的铁路道砟可以缓解下伏土壤的热状态，但会受到分散压力的影响[52‒53]。因此，有道砟覆盖铁路路基作为一个开放系统，增强了地表与大气之间的热交换。此外，由于润湿和蒸发作用，降水向路基的入渗受到限制[53]。因此，在多年冻土区，公路和铁路对路基下部多年冻土热状态的影响差异很大[54]。

4.1 普通路基下的多年冻土变化

普通铁路路基通过增加路基内部热阻来减少夏季热量吸收和冬季热量释放[38]，不可避免地改变路基下部多年冻土的热状态（图4）。在气候变化和工程热扰动影响下，路基下部多年冻土温度显著升高，多年冻土上限上移[图4（a）]。然而，新形成的多年冻土上限可能是不稳定的。当新形成的多年冻土上限开始下降并接近天然地表下原始多年冻土上限时，原始多年冻土开始融化，导致路基下部多年冻土融化下沉。对路基稳定性形成了潜在的风险。

4.1.1 多年冻土上限变化

在2005—2010年青藏铁路运行初期，工程扰动导致多年冻土上限显著上升，这取决于路基下部多年冻土的热稳定性。对于年平均地温低于-0.5 ℃的多年冻土，其上限平均上升了2.35 m，最大上升了5.8 m。对于年平均地温高于-0.5 ℃的多年冻土，其上限平均下降了1.63 m，最大下降了8.5 m。值得注意的是，在路基的阳坡路肩，个别路段多年冻土上限波动小于1.0 m [55‒56]。在气候变化和青藏铁路长期运行的双重影响下，普通路基下部多年冻土上限变得不稳定。从2010年之前的抬升趋势转变为2010—2019年的下降趋势（图5）[56‒57]。多年冻土上限变化的时间和幅度，是由气候变化、工程扰动以及多年冻土自身热稳定性之间的相互作用共同决定的。

4.1.2 多年冻土温度变化

气候变化和工程热扰动将导致路基下部多年冻土快速退化，引起多年冻土上限加深、冻土温度升高，进而影响到路基变形[58‒60]。对于年平均地温低于-1.0 ℃的低温多年冻土，在路基下部多年冻土上限附近可观测到冬季“冷量”积累。因此，在2006—2010年期间，多年冻土未表现出明显变暖或变冷趋势[55‒56]。直到2015年，低温多年冻土从波动状态转变为升温趋势[54]。相比之下，高温多年冻土在冬季不会释放同样的热量，因此浅层多年冻土层呈现出明显的变暖趋势[56‒57,61]。由于气候变化和工程热扰动的影响，年平均地温呈现出明显的上升趋势。2005—2010年，其平均升高了0.08 ℃，最高升高了0.25 ℃，超过了天然地表下的年平均地温[56]。

4.1.3 阴阳坡效应

青藏高原修筑路基导致了显著的阴阳坡效应[62]，这主要是由于路基边坡表面的温度和辐射变化所致。研究表明，路基边坡表面的辐射和表面温度与路基走向成正比[62‒64]。由于铁路路基边坡表面产生的热量较多[65]，铁路路基阴阳坡效应比沥青路面公路路基更为强烈[65]。阳坡路基与阴坡路基下部多年冻土上限相差0.1~3 m左右，平均为1.13 m [64]。同样，阳坡与阴坡路基下部多年冻土温度相差0.23~1.58 ℃左右，平均为0.86 ℃ [64]。路基走向对于未来路基工程设计至关重要，认识和考虑阴阳坡效应及其对多年冻土的影响，可以显著影响青藏高原独特环境条件下路基的稳定性和性能。

4.2 块石结构路基下部多年冻土变化

块石结构路基（包括块石基底路基、U型块石路基、块石护坡路基）被设计用于产生“热半导体”效应，旨在冬季最大化对流效果，而在夏季则最大限度地降低其对流过程[图4（b）] [21,38]。自21世纪初以来，该方法已被广泛应用于青藏铁路的设计和建设中，应用铁路里程超过240.7 km。在这些结构形式中，U型块石路基在冷却路基下部多年冻土方面的效果尤为显著，其性能优于块石基底路基和块石护坡路基[66‒67]。块石结构路基通过有效利用块石结构的独特热特性来调节冻土温度，进而促进热稳定性。

4.2.1 多年冻土上限变化

青藏铁路建设初期，块石结构路基对路基下部多年冻土产生了重大影响。根据块石结构路基下部多年冻土温度观测数据[图6（a）]，路基下部多年冻土上限显著增加，浅层多年冻土温度显著降低。值得注意的是，高温多年冻土和低温多年冻土的冷却幅度存在显著差异[55‒56,66]。在气候变化和工程扰动的影响下，块石结构路基下部多年冻土上限在不同的运行阶段发生动态变化，包括显著上升、稳定和下降[55,68]。在阳坡，块石结构路基下部多年冻土上限可能会继续波动，有时呈现上升趋势，有时则呈现下降趋势[图6（b）] [69]。然而，这些变化幅度相对较小。相反，在阴坡，块石结构路基下部多年冻土上限持续上升[图6（c）]。重要的是，当前多年冻土上限低于块石结构路基实施早期新形成的多年冻土上限[69]。这些结果表明，块石结构路基对多年冻土上限的长期影响基本上是稳定的，气候变暖影响仍然相对较小。这一发现充分验证了块石结构路基在减缓气候变化对路基下部多年冻土热稳定性影响的有效性[56,68]。

4.2.2 多年冻土温度变化

伴随着块石结构路基建设，多年冻土年平均地温有所升高，但升高幅度明显小于天然地表下多年冻土年平均地温升高幅度[56‒57,70]。大量数据表明，在高温和低温多年冻土区块石结构路基所呈现的冷却效果存在显著的差异[56,69‒70]。块石结构路基下低温多年冻土在路基建设初期（3~4年）经历了快速降温，随后在运营阶段（10~15年），降温趋势趋于平缓[56,67,69‒70]。相比之下，高温多年冻土冷却过程更为缓慢，块石路基下高温多年冻土在路基建设初期（3~4年）的冷却趋势较为平缓，随着时间的推移（10~15年），冷却趋势愈发明显[66,69]。块石结构路基的冷却效果对多年冻土的影响深度取决于多年冻土自身的热稳定性[70]。对于U型块石路基，在高温多年冻土中，冷却效应的影响深度可达10 m，在低温多年冻土中则可达14 m。对于块石基底路基，在高温多年冻土中的影响深度约为5 m，在低温多年冻土中则为10 m。对于块石护坡路基，在低温多年冻土中的影响深度约为10 m，高温多年冻土的具体数据尚未可知[69‒70]。这些影响深度的差异说明了块石结构路基的热特性与下伏多年冻土特性之间存在复杂的相互作用。

气候变化影响下，天然地表和普通路基下部多年冻土都经历着显著的变暖。相比之下，块石结构路基能够维持其下部多年冻土的冷却状态。值得注意的是，即使在高温极不稳定多年冻土（MAGT ＞ -0.5 ℃）的情况下，块石结构路基依然显示了冷却浅层多年冻土的能力。这些发现说明块石结构路基的冷却效应对气候变化具有很强的适应性。在不同的多年冻土热稳定性条件下，块石结构路基观测到的冷却效果是一致的，并能有效抵御天然地表和普通路基下部多年冻土所经历的变暖趋势。块石结构路基对气候变化的适应性突出地显示了其在变暖的多年冻土区保护多年冻土和稳定基础设施方面的潜在意义。

4.2.3 阴阳坡效应

块石结构路基能有效调节路基的阴阳坡效应，显著减小了阳坡与阴坡下部多年冻土上限及其温度之间的差异[64]。青藏铁路建设中，为了应对阴阳坡效应，提出了在阳坡和阴坡路基下铺设不同厚度块石护坡结构[71]。数值模拟结果表明，在路基阳坡和阴坡分别铺设80 cm和160 cm块石层，能够有效消除阴阳坡效应[71]。与普通路基相比，块石结构路基可使阴阳坡路肩下0.5~3 m深度处的温差平均减少0.60 ℃，多年冻土上限差平均减少了0.34 m [64]。然而，值得注意的是，块石结构可使路基下平均温差在冬季减少1.6 ℃，而在夏季则增加0.8 ℃。

4.2.4 气候变化影响的数值模拟

目前，很难用多年冻土温度监测数据来确定块石结构路基的长期冷却机制。数值模拟成为研究块石路基结构长期冷却机制的重要方法[72‒73]。数值模拟研究表明，在未来50年气候变暖2.0~2.6 ℃的情景下，即使在气温为-3.5~4.0 ℃的多年冻土区，块石基底路基下部5 m深度的多年冻土在夏季也能保持冻结状态[72‒75]。需要注意的是，块石层可能会被风沙堵塞，导致其长期冷却效果下降[76‒77]。风积沙对降温效果的影响在20~25年后可能会减弱，但在50年后可能会再次增强[76‒77]。总之，数值模拟表明，在年平均气温低于-4.0 ℃的多年冻土区，气候变暖可能会对块石结构路基的冷却效应产生微弱的影响。这些发现得到了部分监测数据的支持，为了解块石结构路基应对气候变暖的长效机制提供了重要的见解。

4.3 热棒对下伏多年冻土的冷却作用

自热棒技术为青藏铁路建设研发以来，已在多年冻土区的各类基础设施中应用了20年，包括青藏高原铁路地区和东北地区的公路、输电线路以及管道等[78‒81]。热棒技术是适应气候变化的关键措施。已有约43.6 km的路基采用了热棒技术来冷却下部多年冻土[82]，显示了热棒快速冷却多年冻土和提升路基下部多年冻土上限的能力。经过大约5年的建设初期后，路基下部多年冻土温度趋于稳定[82]。此外，热棒的有效性还受其与路基距离的影响。热棒离路基越近，多年冻土温度降低和多年冻土上限升高就越显著[83]。即使在气候变暖的影响下，热棒也能继续发挥其冷却路基下部多年冻土的作用。在年平均气温低于-3.5 ℃或年平均地表温度低于-1.0 ℃的多年冻土区，热棒具有适应50年内气候变暖1.0 ℃的能力，有效地确保路基下部多年冻土处于冻结状态[32]。证明了热棒在应对气候变暖条件下维持多年冻土区基础设施稳定性和完整性方面的作用。然而，对热棒的长期冷却效果进行的分析却很少。

4.4 多年冻土热稳定性补强措施

为了抵御气候变化和工程活动对多年冻土退化的不利影响，青藏铁路实施了一系列补强措施，专门应对多年冻土退化带来的挑战。这些措施旨在减缓多年冻土变暖和融化所引起的路基变形，增强铁路路基稳定性。这些补强措施超越了传统的工程技术方法，考虑了多年冻土条件和气候变化带来的独特挑战。青藏铁路采用热棒、块石护坡[57,84]和新的结构补强技术，确保多年冻土区铁路基础设施的长期稳定性和安全性[57,84]。新的结构补强措施包括在块石基底路基增设块石护道或块石护坡[68,85‒86]，土体覆盖的封闭块石护坡路基增设块石护道[87]。

块石护坡作为补强措施来冷却下部多年冻土的有效性似乎是一个复杂且备受争议的问题。监测数据表明，在路基补强后，块石护坡确实可以减缓下部多年冻土的退化，但3~4年后路基下部多年冻土仍可能发生退化[57]。需要考虑各种因素，尤其要考虑高含冰量多年冻土的情况。研究表明，块石护坡在补强后可以减缓多年冻土退化，但它也可能潜在地减少对高含冰量多年冻土的冷却效果。这显示了依据局域多年冻土条件的具体特征设置特定的补强策略的重要性。

数值模拟为块石护坡补强措施的长期有效性提供了深入见解。虽然使用块石护坡可以在一定时期内（如运行10年后的35~45年内）稳定多年冻土的热状况，但其长期影响存在局限性[86]。采用热棒等补强措施，或采用块石护坡与热棒相结合的综合措施，可以显著冷却下部多年冻土，但也会显著增加工程成本[57,84]。尽管数值模拟已经证实了这些新的补强措施对其下部多年冻土的冷却效果，但在青藏铁路实施这些措施可能也会面临新的挑战[84,87‒88]。总体而言，在选择冷却多年冻土的补强措施时，必须根据具体的多年冻土条件和相关的权衡因素进行仔细考虑。虽然块石护坡可能有效，但需要进行全面分析，并认识到这些补强方法可能更适合特定情况。最终在青藏铁路多年冻土环境中，实现有效补强、长期稳定性和成本之间的平衡。

5 观测的基础设施损坏情况

5.1 工程稳定性

由于气候变化和工程活动的影响，多年冻土变暖和融化引发了工程稳定性的变化。这些变化导致了工程结构性变形问题，包括融化沉降、不均匀变形和纵向裂缝。

在多年冻土区路基工程中观测到的变形主要源于土体冻胀和多年冻土融沉。以青藏公路为例，土体冻胀变形占15%，融沉变形则占约85% [89]。对于青藏铁路，冻胀变形主要发生在年平均地温小于-1.0 ℃的多年冻土区，这种变形都发生在路基建设后多年冻土形成初期[60]。融沉变形涉及多个因素，包括多年冻土融沉、融土的压密变形以及高温多年冻土的压缩和蠕变[58,90]。气候变化和工程扰动引起的多年冻土融化造成的变形是主要因素，约占总变形的80% [91‒92]。路基变形主要与路基下部多年冻土热稳定性有关。对于年平均地温低于-1.0 ℃的低温多年冻土，土体冻胀和融沉将同时发生[60]。一般来说，冻胀变形每年在5~10 mm之间，融沉变形每年在10 mm以下，最大速率为每年25 mm [91‒92]。相反，对于年平均地温高于-1.0 ℃的高温多年冻土，融沉变形是主要变形形式，变形速率为每年10~20 mm [91]。值得注意的是，阴阳坡路肩之间存在融沉差异变形[91]。

块石结构路基的冷却措施可以有效地减少路基的融沉变形，以及阴阳坡路肩之间融沉变形差[91‒92]。截至2018年，34个变形监测断面中，仅有1个断面的融沉变形超过了允许变形值，且大于100 mm的融沉变形基本发生在高温、高含冰量多年冻土区[93]。

5.2 工程病害

自2006年青藏铁路运行以来，多年冻土区发生了一些所谓的“工程病害”，包括冻结层上水导致的坡脚积水[94]、路基边坡纵向裂缝[95]、道砟沉降与滑塌[96]、斜坡路基失稳变形[96]。从2010年到2018年，约55 km长的青藏铁路工程病害路段得到了综合维护。因此，受工程病害影响的铁路长度从2010年的7.60 km减少到2018年的0.48 km [97]。尽管如此，青藏铁路发生工程病害的风险仍然很高，这主要归因于下部多年冻土持续退化，这类破坏的中高风险路段可能长达77 km [97]。

除了与路基相关的病害外，路基与桥梁之间的过渡段也产生了很多问题。2009年对164座桥梁和656个路桥过渡段进行了调查。在约220 km的过渡段，路基变形平均超过7 cm [95]。进一步的调查显示，在距离桥梁50~100 m的范围内路基存在缓慢沉降现象。更具体地说，在约161个路桥过渡段中，观察到明显的变形。变形范围从10 cm到40 cm不等，最大变形超过160 cm [98]，严重威胁着青藏铁路的安全运行。

6 气候变化影响预估

6.1 多年冻土变化

各种排放情景（SERS、RCPs和SSPs）下青藏高原多年冻土变化预估一直是研究的焦点[12,99‒101]。值得注意的是，虽然这些模式提供了有价值的见解，但它们也具有很大的不确定性[4]。这些预估的共识是活动层厚度增加、多年冻土变暖以及多年冻土面积缩小。然而，关于青藏铁路沿线多年冻土变化预估的研究还很有限。在青藏铁路建设初期，通过考虑未来50年内气候变暖1.0 ℃和2.0 ℃，研究了多年冻土变化[102]。研究发现，在气候变化影响下，每100年升温2~4 ℃，青藏铁路沿线多年冻土热稳定性将发生改变，导致不稳定多年冻土区路段显著增加[102]。在第五阶段耦合模式比较计划（CMIP5）的气候情景下，预估结果显示青藏铁路沿线多年冻土将经历显著退化，包括多年冻土变暖和活动层厚度增加。预计到2050年，青藏铁路沿线约1/3的多年冻土区将面临融沉的高风险，约50%的多年冻土区将对青藏铁路工程稳定性产生重大影响[103]。利用第六阶段耦合模式比较计划（CMIP6）的气候情景进行预估，青藏铁路沿线12%~20%的多年冻土将经历明显退化，预计多年冻土将升温0.4~2.3 ℃，活动层厚度将增加0.4~7.3 m [100]。

6.2 多年冻土融化风险

青藏高原多年冻土变化已导致与基础设施相关的破坏显著增加[104‒105]。包括SERS、RCPs和SSPs 在内的各种情景，已被用于评估青藏高原尺度和区域尺度上多年冻土变暖和融化的相关风险、多年冻土承载力的变化以及冻融灾害相关的风险[13,99‒101]。例如，使用SSP2-4.5情景进行预估，青藏高原上约40%的基础设施将位于高风险区域，由此产生的额外经济成本预计达275亿元[105]。到21世纪末，这一比例预计将上升到近80%，需要的额外维护成本达435亿元[105]。这些问题强调了解决与多年冻土退化相关挑战的紧迫性及其可能对青藏高原基础设施带来的潜在影响。

事实上，在青藏工程走廊，已经评估了热融湖塘和热融滑塌等由多年冻土融化引起灾害的脆弱性[11,106‒107]，这些评估揭示了不同地区对此类灾害的敏感性。特别是，在青藏工程走廊，约20%的热融湖塘对这些事件表现出高至极高的敏感性[13]。从五道梁到风火山，约有23%的斜坡被认为极易发生由多年冻土融化引起的热融滑塌[106]。据估计，青藏高原约有34%的多年冻土融化诱发沉降发生在高风险区域。值得注意的是，青藏铁路沿线不冻泉至北麓河区是发生多年冻土融化引起沉降的极高风险区域[108]。然而，必须强调的是，这些评估主要考虑了当前气候变化造成的融沉灾害的影响，可能没有考虑到未来气候变化导致的敏感性潜在变化，这将会进一步改变这些与多年冻土相关现象的风险状况。

青藏铁路背景下，基础设施风险评估主要聚焦在路桥过渡段发生的工程病害方面。然而，这些风险评估往往集中研究工程扰动引起的多年冻土变暖和融化，通常没有考虑气候变化带来的潜在影响。研究表明，在890个路桥过渡段中，约30%位于高风险地区，40%位于中等风险地区[85]。未来气候变化下评估青藏铁路块石结构路基工程服役性风险的研究非常有限[109]。在本研究基础上，U型块石路基和块石基底路基可适应每50年2 ℃气候变暖的影响。直到21世纪末，工程服役性能的失效风险仍将是最小的[109]。

综上所述，虽然青藏铁路的基础设施风险评估一直是研究关注的重点，尤其是在评估不同路段和类型基础设施的敏感性方面，但更需同时考虑工程扰动的影响和气候变化的潜在后果。

7 总结与展望

近20年来，青藏铁路沿线多年冻土经历了快速退化，活动层厚度加深，多年冻土变暖。冻土退化引发热融灾害的风险和敏感性显著增加。气候变化和工程扰动对多年冻土退化具有重要影响。青藏铁路普通路基下部多年冻土经历了快速的退化，与天然地表相比，普通路基下部多年冻土退化更为明显。虽然青藏铁路已采取了各种措施来应对这些挑战，如块石结构路基和热棒。这些措施也已经证明了它们通过长期维持冷却效果来减缓下部多年冻土退化。然而，气候变化和工程的耦合影响仍然导致融沉变形。虽然路基变形仍在允许范围内，但路基-桥梁的过渡段变形仍然是一个值得关注的问题。在这些过渡段中，50%的路基变形超过了允许限值，需要采取额外的补强措施，以抵消气候变化和工程活动的综合影响所引起的路基变形。随着青藏高原多年冻土对气候变化的快速响应，气候变化和工程的耦合影响可能会加速路基下部多年冻土退化，从而增加热融灾害的风险。因此，青藏铁路的运营安全性仍然令人担忧。采取有效的补强措施对于减缓气候变化的不利影响并确保铁路基础设施的长期稳定性至关重要。

在建设青藏铁路时采用了冷却多年冻土的工程方法，这是减缓气候变暖影响的一种手段。这种方法旨在通过维持多年冻土较冷的环境来抵消气候变暖的影响。这一应对策略不同于俄罗斯科学家提出的方法（即原则I、原则II和原则III），也不同于北美提倡的“主动和积极保护”原则[14,38]。为了实现这一冷却效果并减缓多年冻土的退化，对不同的路基结构进行了探索。然而，通过这些措施实现持续和长期的冷却效果可能仍具有挑战性。因此，更加需要更有效的方法来适应未来气候变化的潜在影响。虽然已经尝试了冷却多年冻土的组合方法，如各种混合型热棒路基和路基中加入通风管，其特点包括块石夹层、空心块石层和热棒[110]，但这些措施显然会增加工程成本。随着对多年冻土动态和气候变化影响的理解不断深入，持续的研究和创新对于研发更高效、更具成本效益的方法来保持青藏铁路等基础设施的稳定性至关重要。

包括气温、地表温度和降水等变量在内的高分辨率气候数据对于准确预估多年冻土变化和评估工程病害风险至关重要。然而，目前青藏铁路沿线多年冻土区气象站稀缺，在这些地区仅建立了3个国家气象站；尽管在2000—2010年期间又增设了9个气象站[46]，但获得这些站点的数据可能并不容易。因此，迫切需要更多能够共享数据的气象站以支持青藏铁路的运行。幸运的是，可以使用再分析数据作为替代方案，如中国区域地面气象要素驱动数据集（CMFD）（1979—2018年）。该数据的空间分辨率为10 km [111]，可以作为多年冻土变化建模的输入数据[101]。为了更详细地研究气候变化对青藏铁路沿线多年冻土的影响，可以使用CMFD中缩小尺度的高分辨率再分析数据集，其空间分辨率为1 km [112]。通过利用这些数据，研究人员可以更好地了解气候因素与多年冻土变化之间的关系，从而可以对青藏铁路沿线的工程病害进行更准确的预测和风险评估。

事实上，为了确保多年冻土区青藏铁路安全，必须建立全面的监测网络，不仅要监测高分辨率气候数据，还要监测天然地表和路基下部多年冻土温度以及路基变形[113]。然而，目前的覆盖范围有限，在青藏铁路沿线仅建立了大约43个监测断面和3个气象站。此外，诸如活动层和路基内的土壤水分和热通量等关键参数尚未得到系统测量。缺乏路基与大气之间水热交换的数据是一个挑战，特别是道砟在冻结或融化过程的作用，这种认识的不足也阻碍了对路基下部多年冻土变化和路基变形的准确预测。由于监测断面和气象站数量有限，加之缺乏全面的水热过程监测，因此预测多年冻土变化和相关基础设施风险的能力大打折扣。为了弥补这一不足，必须建立更多的监测点。通过扩大监测网络并收集有关多年冻土和水热动力学的详细数据，研究人员和工程师将能更好地预测多年冻土的变化，评估潜在的变形，并确保青藏铁路安全和稳定。

开发更准确的数值模拟方法对预测青藏铁路沿线多年冻土变化和路基变形至关重要，特别是需考虑多年冻土组分、水-热-力耦合以及多年冻土岩土模型中的多年冻土参数。这些方法建立在对多年冻土热状态的广泛监测数据的基础上，能够产生有价值的见解，并为工程安全风险评估提供信息。将监测数据与数值模拟分析相结合，可以对未来气候变化下多年冻土工程的潜在风险进行全面评估。这种评估将包括不同技术路基和工程措施的影响。尤其重要的是，要提高对未来10~20年气候变化及多年冻土变化的预测准确性，这一时间框架对于规划和确保基础设施的长期稳定性特别重要。通过使用监测数据来完善和校准数值模拟，研究人员和工程师可以创建更可靠的模型来预测多年冻土行为和相关工程风险。反过来这也将有助于做出更好的决策并实施必要的措施，以保护青藏铁路和多年冻土区的其他基础设施。

在青藏铁路建设初期，提出了“数字路基”的先进理念[114]。这一理念的核心在于构建青藏铁路地理信息系统[115]，实现数据、建模与仿真平台的全面整合[114]。未来，我们期望打造一个智能化的青藏铁路，它不仅拥有数字路基，还融入了多年冻土工程地质的大数据、智慧工程设计（特别是在青藏铁路的维护方面），以及用于精确评估工程风险的人工智能模型。此方法不仅顺应了基础设施数字化与智能化发展的潮流，更通过运用尖端技术和数据驱动，有望实现青藏铁路工程服役性能的优化、决策效率的提升，以及有效应对气候变化和多年冻土动态变化带来的各种挑战。这一前瞻性的举措不仅可能彻底革新青藏铁路的运营模式，更为我们展示了如何通过技术创新实现更广泛的社会效益。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用
[1]

Chen D, Xu B, Yao T, Guo Z, Cui P, Chen F, et al. Assessment of past, present and future environmental changes on the Qinghai-Xizang Plateau. Chin Sci Bull 2015;60(32):3025‒35. Chinese.
[2]

Zou D, Zhao L, Sheng Y, Chen J, Hu G, Wu T, et al. A new map of permafrost distribution on the Qinghai-Xizang Plateau. Cryosphere 2017;11(6):2527‒42. . 10.5194/tc-11-2527-2017
[3]

Yang M, Nelson FE, Shiklomanov NI, Guo D, Wan G. Permafrost degradation and its environmental effects on the Qinghai-Xizang Plateau: a review of recent research. Earth-Sci Rev 2010;103(1,2):31‒44. . 10.1016/j.earscirev.2010.07.002
[4]

Cheng G, Zhao L, Li R, Wu X, Sheng Y, Hu G, et al. Characteristic, changes and impacts of permafrost on Qinghai-Xizang Plateau. Chin Sci Bull 2019;64(27):2783‒95. Chinese. . 10.1360/tb-2019-0191
[5]

Cheng G, Jin H. Permafrost and ground water on the Qinghai-Xizang Plateau and in northeast China. Hydrogeol J 2013;21(1):5‒23. . 10.1007/s10040-012-0927-2
[6]

Wang G, Li Y, Wu Q, Wang Y. Impacts of permafrost changes on alpine ecosystem in Qinghai-Xizang Plateau. Sci China Ser D Earth Sci 2006;49(11):1156‒69. . 10.1007/s11430-006-1156-0
[7]

Wu Q, Sheng Y, Yu Q, Chen J, Ma W. Engineering in the rugged permafrost terrain on the roof of the world under a warming climate. Permafrost Periglacial Processes 2020;31(3):417‒28. . 10.1002/ppp.2059
[8]

Yu Q, Zhang Z, Wang G, Guo L, Wang X, Wang P, et al. Analysis of tower foundation stability along the Qinghai-Xizang Power Transmission Line and impact of the route on the permafrost. Cold Reg Sci Technol 2016;121:205‒13. . 10.1016/j.coldregions.2015.06.015
[9]

Wang S, Niu F, Chen J, Dong Y. Permafrost research in China related to express highway construction. Permafrost Periglacial Processes 2020;31(3):406‒16. . 10.1002/ppp.2053
[10]

Hjort J, Karjalainen O, Aalto J, Westermann S, Romanovsky VE, Nelson FE, et al. Degrading permafrost puts Arctic infrastructure at risk by mid-century. Nat Commun 2018;9(1):5147. . 10.1038/s41467-018-07557-4
[11]

Xia Z, Huang L, Fan C, Jia S, Lin Z, Liu L, et al. Retrogressive thaw slumps along the Qinghai-Xizang Engineering Corridor: a comprehensive inventory and their distribution characteristics. Earth Syst Sci Data 2022;14(9):3875‒87. . 10.5194/essd-14-3875-2022
[12]

Guo D, Wang H. CMIP5 permafrost degradation projection: a comparison among different regions. J Geophys Res Atmos 2016;121(9):4499‒517. . 10.1002/2015jd024108
[13]

Yin GA, Niu FJ, Lin ZJ, Luo J, Liu MH. Data-driven spatiotemporal projections of shallow permafrost based on CMIP6 across the Qinghai-Xizang Plateau at 1 km2 scale. Adv Clim Change Res 2021;12(6):814‒27. . 10.1016/j.accre.2021.08.009
[14]

Hjort J, Streletskiy D, Doré G, Wu Q, Bjella K, Luoto M. Impacts of permafrost degradation on infrastructure. Nat Rev Earth Environ 2022; 3(1):24‒38. . 10.1038/s43017-021-00247-8
[15]

Zhang T, Baker THW, Cheng GD, Wu Q. The Qinghai-Xizang Railroad: a milestone project and its environmental impact. Cold Reg Sci Technol 2008;53(3):229‒40. . 10.1016/j.coldregions.2008.06.003
[16]

Zhao L, Zou D, Hu G, Du E, Pang Q, Xiao Y, et al. Changing climate and the permafrost environment on the Qinghai-Xizang Plateau. Permafrost Periglacial Processes 2020;31(3):396‒405. . 10.1002/ppp.2056
[17]

Sun Y. Permafrost engineering in the Qinghai-Xizang Railway: research and practice. J Glaciol Geocryology 2005;27(2):153‒62. Chinese.
[18]

Ma W, Cheng G, Wu Q. Construction on permafrost foundations: lessons learned from the Qinghai-Xizang Railroad. Cold Reg Sci Technol 2009;59(1):3‒11. . 10.1016/j.coldregions.2009.07.007
[19]

Cheng GD. The effect of local factors on spatial distribution of permafrost and its revealing to Qinghai-Xizang Railroad design. Sci China Ser D Earth Sci 2003;33(6):602‒7.
[20]

Cheng G. A roadbed cooling approach for the construction of Qinghai-Xizang Railway. Cold Reg Sci Technol 2005;42(2):169‒76. . 10.1016/j.coldregions.2005.01.002
[21]

Cheng G, Lai Y, Sun Z, Jiang F. The “thermal semi-conductor” effect of crushed rocks. Permafrost Periglacial Processes 2007;18(2):151‒60. . 10.1002/ppp.575
[22]

Mikhailov GP. Temperature regime of embankment consisting of coarse rock on permafrost. Transp Constr 1971;12:32‒3. Russian.
[23]

Cheng GD, Tong BL. Experimental research on an embankment in an area with massive ground ice at the lower limit of alpine permafrost. In: Proceedings of the 3rd International Conference on Permafrost; 1978 July 10-13; Edmonton, AB, Canada. Ottawa: National Research Council of Canada; 1978. p. 199-222.
[24]

Goering DJ, Kumar P. Winter-time convection in open-graded embankments. Cold Reg Sci Technol 1996;24(1):57‒74. . 10.1016/0165-232x(95)00011-y
[25]

McKenna JK, Biggar KW. The rehabilitation of a passive-ventilated slab on grade foundation using horizontal thermosyphons. Can Geotech J 1998;35(4):684‒91. . 10.1139/t98-020
[26]

Niu F, Cheng G, Xia H, Ma L. Field experiment study on effects of duct ventilated railway embankment on protecting the underlying permafrost. Cold Reg Sci Technol 2006;45(3):178‒92. . 10.1016/j.coldregions.2006.03.004
[27]

Niu F, Cheng G, Yu Q. Ground-temperature controlling effects of ductventilated railway embankment in permafrost regions. Sci China Ser D Earth Sci 2004;47(S1):152‒60. . 10.1360/04zd0017
[28]

Yu Q, Shi C, Niu F, He N, Roth K. Analysis of temperature controlled ventilated embankment. Cold Reg Sci Technol 2005;42(1):17‒24. . 10.1016/j.coldregions.2004.11.004
[29]

Niu F, Liu X, Ma W, Wu Q, Xu J. Monitoring study on the boundary thermal conditions of duct-ventilated embankment in permafrost regions. Cold Reg Sci Technol 2008;53(3):305‒16. . 10.1016/j.coldregions.2007.07.004
[30]

Zarling JP. Thermosyphon applications in cold regions. In: LunardiniVJ, BowenSL, editors. Proceedings of 4th International Symposium on Thermal Engineering and Science for Cold Regions; 1993 Sep 28-Oct 1; Hannover, NH, USA. Hannover: Army Cold Regions Research and Engineering Lab; 1993. p. 24-35.
[31]

Sheng Y, Wen Z, Ma W, Wu J. Three-dimensional non-linear analysis of thermal regime of the two-phase closed thermosyphon embankment of Qinghai-Xizang Railway. J China Railw Soc 2006;28(1):125‒30. Chinese.
[32]

Wen Z, Sheng Y, Ma W, Qi J, Wu J. Analysis on effect of permafrost protection by two-phase closed thermosyphon and insulation jointly in permafrost regions. Cold Reg Sci Technol 2005;43(3):150‒63. . 10.1016/j.coldregions.2005.04.001
[33]

Sheng Y, Wen Z, Ma W, Liu Y, Qi J, Wu J. Long-term evaluations of insulated road in the Qinghai-Xizang Plateau. Cold Reg Sci Technol 2006;45(1):23‒30. . 10.1016/j.coldregions.2006.01.001
[34]

Cheng G, Zhang J, Sheng Y, Chen J. Principle of thermal insulation for permafrost protection. Cold Reg Sci Technol 2004;40(1,2):71‒9. . 10.1016/j.coldregions.2004.06.001
[35]

Kondratyev VG. Strengthening railroad base constructed on icy permafrost soil. In: Shen HT, Lu S, editors. Proceedings of 8th International Conference on Cold Regions Engineering; Fairbanks, AK, USA. Reston: ASCE, 1996. p. 688‒99. . 10.1061/40621(254)40
[36]

Feng W, Ma W, Li D, Zhang L. Application investigation of awning to roadway engineering on the Qinghai-Xizang Plateau. Cold Reg Sci Technol 2006;45(1):51‒8. . 10.1016/j.coldregions.2006.01.004
[37]

Niu F, Xu Z, Ge J, Feng W, Liu H. Engineering effects of sunshine-shield roadbed of the Qinghai-Xizang Railway in permafrost region. J Glaciol Geocryology 2010;32(2):325‒34. Chinese.
[38]

Doré G, Niu F, Brooks H. Adaptation methods for transportation infrastructure built on degrading permafrost. Permafrost Periglacial Processes 2016;27(4):352‒64. . 10.1002/ppp.1919
[39]

Cheng G, He P. Linearity engineering in permafrost areas. J Glaciol Geocryology 2001;23(3):213‒7. Chinese.
[40]

Li X, Cheng G, Jin H, Kang E, Che T, Jin R, et al. Cryosperic change in China. Global Planet Change 2008;62(3,4):210‒8. . 10.1016/j.gloplacha.2008.02.001
[41]

Cheng G, Wu T. Responses of permafrost to climate change and their environmental significant, Qinghai-Xizang Plateau. J Geophys Res Earth Surf 2007;112(F2):F02S03. . 10.1029/2006jf000631
[42]

Wu Q, Zhang T. Recent permafrost warming on the Qinghai-Xizang Plateau. J Geophys Res Atmos 2008;113(D13):D13108. . 10.1029/2007jd009539
[43]

Wu Q, Zhang T. Changes in active layer thickness over the Qinghai-Xizang Plateau from 1995‒2007. J Geophys Res Atmos 2010;115(D9):D09107. . 10.1029/2009jd012974
[44]

Li R, Zhao L, Ding Y, Wu T, Xiao Y, Du E, et al. Temporal and spatial variations of the active layer along the Qinghai-Xizang Highway in a permafrost region. Chin Sci Bull 2012;57(35):4609‒16. . 10.1007/s11434-012-5323-8
[45]

Zhang Z, Wu Q, Jiang G, Gao S, Chen J, Liu Y. Changes in the permafrost temperatures from 2003 to 2015 in the Qinghai-Xizang Plateau. Cold Reg Sci Technol 2020;169:102904. . 10.1016/j.coldregions.2019.102904
[46]

Zhao L, Zou D, Hu G, Wu T, Du E, Liu G, et al. A synthesis dataset of permafrost thermal state for the Qinghai-Xizang Plateau. China. Earth Syst Sci Data 2021;13(8):4207‒18. . 10.5194/essd-13-4207-2021
[47]

Cheng G, Wang S. On the zonation of high-altitude permafrost in China. J Glaciol Geocryology 1982;4(2):1‒17. Chinese.
[48]

Niu F, Lin Z, Liu H, Lu J. Characteristics of thermokarst lakes and their influence on permafrost in Qinghai-Xizang Plateau. Geomorphology 2011;132(3,4):222‒33. . 10.1016/j.geomorph.2011.05.011
[49]

Luo J, Niu F, Lin Z, Liu M, Yin G. Recent acceleration of thaw slumping in permafrost terrain of Qinghai-Xizang Plateau: an example from the Beiluhe Region. Geomorphology 2019;341:79‒85. . 10.1016/j.geomorph.2019.05.020
[50]

Niu F, Luo J, Lin Z, Ma W, Lu J. Development and thermal regime of a thaw slump in the Qinghai-Xizang Plateau. Cold Reg Sci Technol 2012;83(84):131‒8.
[51]

Jiang G, Gao S, Lewkowicz AG, Zhao H, Pang S, Wu Q. Development of a rapid active layer detachment slide in the Fenghuoshan Mountains, Qinghai- Xizang Plateau. Permafrost Periglacial Processes 2022;33(3):298‒309. . 10.1002/ppp.2151
[52]

Zhang J, Sheng Y, Lai Y. Experimental study on thermal conductivity of railway ballast. J Glaciol Geocryology 2003;25(6):628‒31. Chinese.
[53]

Zhang M, Wen Z, Xue K, Fan S, Li D. Monitoring and analysis of impact of ballast layer on the thermal-moisture dynamics in railway subgrade in permafrost regions. J China Railw Soc 2017;39(4):94‒100. Chinese.
[54]

Jiang G, Wang L, Yun H, Gao S, Wu Q. Thermal influences of road engineering on permafrost underneath different surface condition in the Qinghai-Xizang Plateau. Cold Reg Sci Technol 2020;173:103028. . 10.1016/j.coldregions.2020.103028
[55]

Mu Y, Ma W, Wu Q, Sun Z, Liu Y, Qu G. Thermal regime of conventional embankments along the Qinghai-Xizang Railway in permafrost regions. Cold Reg Sci Technol 2012;70:123‒31. . 10.1016/j.coldregions.2011.08.005
[56]

Ma W, Mu Y, Li G, Wu Q, Liu YZ, Sun Z. Responses of embankment thermal regime to engineering activities and climate change along the Qinghai- Xizang Railway. Sci China Ser D Earth Sci 2013;43(3):478‒89. Chinese.
[57]

Mei Q. Roadbed stability and strengthening measures of the Qinghai-Xizang Railway in permafrost regions under climate warming [dissertation]. Beijing: Chinese Academy of Sciences; 2021. Chinese.
[58]

Zhang JM, Liu D, Qi JL. Estimation on the settlement and deformation of embankment along Qinghai-Xizang Railway in permafrost regions. China Railw Sci 2007;28(3):12‒7. Chinese.
[59]

Qi J, Sheng Y, Zhang J, Wen Z. Settlement of embankments in permafrost regions in the Qinghai-Xizang Plateau. Norw J Geogr 2007;61(2):49‒55. . 10.1080/00291950701409249
[60]

Ma W, Qi J, Wu Q. Analysis of the deformation of embankments on the Qinghai-Xizang Railway. J Geotech Geoenviron Eng 2008;134(11):1645‒54. . 10.1061/(asce)1090-0241(2008)134:11(1645)
[61]

Mu YH, Ma W, Niu FJ, Li GY, Wang DY, Liu YZ. Monitoring and analyzing the thermal conditions of traditional embankments along the Qinghai-Xizang Railway. J Glaciol Geocryology 2014;36(4):953‒61. Chinese.
[62]

Sheng Y, Ma W, Wen Z, Zhang M. Analysis of difference in thermal state between south faced slope and north faced slope of railway embankment in permafrost region. Chin J Rock Mech Eng 2005;24(17):3197‒201. Chinese.
[63]

Hu Z, Qian Z, Cheng G, Wang J. Influence of solar radiation on embankment surface thermal regime of the Qinghai-Xizang Railway. J Glaciol Geocryology 2002;24(2):121‒8. Chinese.
[64]

Wu Q, Liu Y, Hu Z. The thermal effect of differential solar exposure on embankments along the Qinghai-Xizang Railway. Cold Reg Sci Technol 2011;66(1):30‒8. . 10.1016/j.coldregions.2011.01.001
[65]

Yu Q, Fan K, You Y, Guo L, Yuan C. Comparative analysis of temperature variation characteristics of permafrost roadbeds with different widths. Cold Reg Sci Technol 2015;117:12‒8. . 10.1016/j.coldregions.2015.05.002
[66]

Niu F, Liu M, Cheng G, Lin Z, Luo J, Yin G. Long-term thermal regimes of the Qinghai-Xizang Railway embankments in plateau permafrost regions. Sci China Earth Sci 2015;58:1669‒76. . 10.1007/s11430-015-5063-0
[67]

Zhao H, Wu Q, Zhang Z. Long-term cooling effect of the crushed rock structure embankments of the Qinghai-Xizang Railway. Cold Reg Sci Technol 2019;160:21‒30. . 10.1016/j.coldregions.2019.01.006
[68]

Tai B, Wu Q, Zhang Z, Xu X. Cooling performance and deformation behavior of crushed-rock embankments on the Qinghai-Xizang Railway in permafrost regions. Eng Geol 2020;265:105453. . 10.1016/j.enggeo.2019.105453
[69]

Wu Q, Zhao H, Zhang Z, Chen J, Liu Y. Long-term role of cooling the underlying permafrost of the crushed rock structure embankment along the Qinghai- Xizang Railway. Permafrost Periglacial Processes 2020;31(1):172‒83. . 10.1002/ppp.2027
[70]

Mu Y, Ma W, Niu F, Liu Y, Fortier R, Mao Y. Long-term thermal effects of air convection embankments in permafrost zones: case study of the Qinghai-Xizang Railway, China. J Cold Reg Eng 2018;32(4):05018004. . 10.1061/(asce)cr.1943-5495.0000166
[71]

Lai Y, Zhang L, Zhang S, Xiao J. Adjusting temperature distribution under the north and south slopes of roadbed by the ripped-rock revetment in permafrost region. Chin J Rock Mech Eng 2004;23(24):4212‒20. Chinese.
[72]

Lai Y, Zhang L, Zhang S, Mi L. Cooling effect of ripped-stone embankments on Qinghai-Xizang Railway under climatic warming. Chin Sci Bull 2003;48(6):598‒604. . 10.1360/03tb9127
[73]

Zhang M, Lai Y, Gao Z, Yu W. Influence of boundary conditions on the cooling effect of crushed-rock embankment in permafrost regions of Qinghai-Xizang Plateau. Cold Reg Sci Technol 2006;44(3):225‒39. . 10.1016/j.coldregions.2005.12.002
[74]

Lai Y, Zhang M, Liu Z, Yu W. Numerical analysis for cooling effect of open boundary ripped rock embankment on Qinghai-Xizang Railway. Sci China Ser D Earth Sci 2006;49(7):764‒72. . 10.1007/s11430-006-0764-z
[75]

Zhang M, Cheng G, Li S. Numerical study on the influence of geometrical parameters on natural convection cooling effect of the crushed-rock revetment. Sci China Ser E Technol Sci 2009;52(2):539‒45. . 10.1007/s11431-008-0329-9
[76]

Yu W, Liu W, Chen L, Yi X, Han F, Hu D. Evaluation of cooling effects of crushed rock under sand-filling and climate warming scenarios on the Xizang Plateau. Appl Therm Eng 2016;92:130‒6. . 10.1016/j.applthermaleng.2015.09.030
[77]

Chen L, Yu W, Yi X, Hu D, Liu W. Numerical simulation of heat transfer of the crushed-rock interlayer embankment of Qinghai-Xizang Railway affected by aeolian sand clogging and climate change. Cold Reg Sci Technol 2018;155:1‒10. . 10.1016/j.coldregions.2018.07.009
[78]

Yang Y, Wei Q, Zhou S, Zhang L. Thermosyphon technology and its application in permafrost. Chin J Geotech Eng 2005;27(6):698‒706. Chinese.
[79]

Song Y, Jin L, Zhang J. In-situ study on cooling characteristics of two-phase closed thermosyphon embankment of Qinghai-Xizang Highway in permafrost regions. Cold Reg Sci Technol 2013;93:12‒9. . 10.1016/j.coldregions.2013.05.002
[80]

Li G, Yu Q, You Y, Wang X, Li X, Yuan C. Cooling effects of thermosyphons in tower foundation soils in permafrost regions along the Qinghai-Xizang Power Transmission Line from Golmud, Qinghai Province to Lhasa, Xizang Autonomous Region, China. Cold Reg Sci Technol 2016;121:196‒204. . 10.1016/j.coldregions.2015.07.011
[81]

Li G, Wang F, Ma W, Fortier R, Mu Y, Zhou Z, et al. Field observations of cooling performance of thermosyphons on permafrost under the China-Russia Crude Oil Pipeline. Appl Therm Eng 2018;141:688‒96. . 10.1016/j.applthermaleng.2018.06.005
[82]

Zhang M, Lai Y, Zhang J, Sun Z. Numerical study on cooling characteristics of two-phase closed thermosyphon embankment in permafrost regions. Cold Reg Sci Technol 2011;65(2):203‒10. . 10.1016/j.coldregions.2010.08.001
[83]

Wu J, Ma W, Sun Z, Wen Z. In-situ study on cooling effect of the two-phase closed thermosyphon and insulation combinational embankment of the Qinghai-Xizang Railway. Cold Reg Sci Technol 2010;60(3):234‒44. . 10.1016/j.coldregions.2009.11.002
[84]

Hou Y, Wu Q, Niu F, Liu Y. Thermal stabilization of duct-ventilated railway embankments in permafrost regions using ripped-rock revetment. Cold Reg Sci Technol 2015;120:145‒52. . 10.1016/j.coldregions.2015.10.002
[85]

Zhang S, Niu F, Wang S, Sun Y, Wang J, Dong T. Risk assessment of engineering diseases of embankment-bridge transition section for railway in permafrost regions. Permafrost Periglacial Processes 2022;33(1):46‒62. . 10.1002/ppp.2135
[86]

Hou Y, Wu Q, Wang K, Ye Z. Numerical evaluation for protecting and reinforcing effect of a new designed crushed rock revetment on Qinghai-Xizang Railway. Renewable Energy 2020;156:645‒54. . 10.1016/j.renene.2020.04.066
[87]

Liu M, Niu F, Lin Z, Luo J, Yin G, Fang J. Field investigation on thermal characteristics of a slope-cooling structure for permafrost embankment in the Qinghai-Xizang Plateau. Cold Reg Sci Technol 2020;179:103150. . 10.1016/j.coldregions.2020.103150
[88]

Hou YD, Lei WY, Liang SH, Zhang ML, Zhou FX. Numerical optimization on differential adjusting measures for asymmetrical degenerated warm permafrost railway embankment. Adv Clim Chang Res 2023;14(3): 479‒91. . 10.1016/j.accre.2023.05.007
[89]

Wu Q, Liu Y, Zhang J, Tong C. A review of recent frozen soil engineering in permafrost regions along Qinghai-Xizang Highway, China. Permafrost Periglacial Processes 2002;13(3):199‒205. . 10.1002/ppp.420
[90]

Wen Z, Sheng Y, Ma W, Qi J. Study on deformation characters of railway insulated embankment in permafrost regions. Chin J Rock Mech Eng 2007;26(8):1670‒7. Chinese.
[91]

Ma W, Mu Y, Wu Q, Sun Z, Liu Y. Characteristics and mechanisms of embankment deformation along the Qinghai-Xizang Railway in permafrost regions. Cold Reg Sci Technol 2011;67(3):178‒86. . 10.1016/j.coldregions.2011.02.010
[92]

Wu Q, Niu F, Ma W, Liu Y. The effect of permafrost changes on embankment stability along the Qinghai-Xizang Railway. Environ Earth Sci 2014;71(8):3321‒8. . 10.1007/s12665-013-2718-z
[93]

Sun ZZ, Ma W, Dang H, Yun H, Wu G. Characteristics and causes of embankment deformation for Qinghai-Xizang Railway in permafrost regions. Rock Soil Mech 2013;34(9):2667‒71. Chinese.
[94]

Niu F, Lin Z, Lu J, Liu H, Xu Z. Characteristics of roadbed settlement in embankment-bridge transition section along the Qinghai-Xizang Railway in permafrost regions. Cold Reg Sci Technol 2011;65(3):437‒45. . 10.1016/j.coldregions.2010.10.014
[95]

Mu Y, Ma W, Li G, Niu F, Liu Y, Mao Y. Impacts of supra-permafrost water ponding and drainage on a railway embankment in continuous permafrost zone, the interior of the Qinghai-Xizang Plateau. Cold Reg Sci Technol 2018;154:23‒31. . 10.1016/j.coldregions.2018.06.007
[96]

Su Q, Zhong B, Wang X, Huang J, Bai H. Instable deformation characteristics of sloping subgrade in permafrost region for Qinghai-Xizang Railway. J Cent South Univ Sci Technol 2010;41(5):1938‒44. Chinese.
[97]

Zhang S, Niu F, Wang J, Dong T. Evaluation of damage probability of railway embankments in permafrost regions in Qinghai-Xizang Plateau. Eng Geol 2021;284:106027. . 10.1016/j.enggeo.2021.106027
[98]

Wang J, Wu Q. Settlement analysis of embankment bridge transition sections in the permafrost regions of Qinghai-Xizang Railway. J Glaciol Geocryology 2017;39(1):85‒91. Chinese.
[99]

Zhang ZQ, Wu QB. Freeze-thaw hazard zonation and climate change in Qinghai-Xizang Plateau permafrost. Nat Hazards 2012;61:403‒23. . 10.1007/s11069-011-9923-4
[100]

Yin G, Zheng H, Niu F, Luo J, Lin Z, Liu M. Numerical mapping and modeling permafrost thermal dynamics across the Qinghai-Xizang Engineering Corridor, China integrated with remote sensing. Remote Sens 2018;10(12):2069. . 10.3390/rs10122069
[101]

Xu X, Wu Q. Active layer thickness variation on the Qinghai-Xizang Plateau: historical and projected trends. J Geophys Res Atmos 2021;126(23): e2021JD034841. . 10.1029/2021jd034841
[102]

Wu QB, Cheng GD, Ma W. The impact of climate warming on Qinghai-Xizang Railroad. Sci China Ser D Earth Sci 2004;47(Supp I):122‒30. . 10.1360/04zd0014
[103]

Guo D, Sun J. Permafrost thaw and associated settlement hazard onset timing over the Qinghai-Xizang Engineering Corridor. Int J Disaster Risk Sci 2015;6(4):347‒58. . 10.1007/s13753-015-0072-3
[104]

Yu W, Zhang T, Lu Y, Han F, Zhou Y, Hu D. Engineering risk analysis in cold regions: state of the art and perspectives. Cold Reg Sci Technol 2020;171:102963. . 10.1016/j.coldregions.2019.102963
[105]

Ran Y, Cheng G, Dong Y, Hjort J, Lovecraft AL, Kang S, et al. Permafrost degradation increases risk and large future costs of infrastructure on the Third Pole. Commun Earth Environ 2022;3(1):238. . 10.1038/s43247-022-00568-6
[106]

Niu F, Luo J, Lin Z, Liu M, Yin G. Thaw-induced slope failures and susceptibility mapping in permafrost regions of the Qinghai-Xizang Engineering Corridor, China. Nat Hazards 2014;74(3):1667‒82. . 10.1007/s11069-014-1267-4
[107]

Yin G, Luo J, Niu F, Zhou F, Meng X, Lin Z, et al. Spatial analyses and susceptibility modeling of thermokarst lakes in permafrost landscapes along the Qinghai-Xizang Engineering Corridor. Remote Sens 2021;13(10):1974. . 10.3390/rs13101974
[108]

Li R, Zhang M, Konstantinov P, Pei W, Tregubov O, Li G. Permafrost degradation induced thaw settlement susceptibility research and potential risk analysis in the Qinghai-Xizang Plateau. Catena 2022;214:106239. . 10.1016/j.catena.2022.106239
[109]

Zhao H, Hou Y, Jiang G, Wu Q. Risk assessment of the crushed rock structure embankments of the Qinghai-Xizang Railway under a warming climate. Cold Reg Sci Technol 2022;196:103509. . 10.1016/j.coldregions.2022.103509
[110]

Yu Q, Mu Y, Yuan C, Ma W, Pan X. The cold accumulative effect of expressway embankment with a combined cooling measure in permafrost zones. Cold Reg Sci Technol 2019;163:59‒67. . 10.1016/j.coldregions.2019.04.009
[111]

Yang K, He J, Tang W, Qin J, Cheng CCK. On downward shortwave and longwave radiations over high altitude regions: observation and modeling in the Qinghai-Xizang Plateau. Agric For Meteorol 2010;150(1):38‒46. . 10.1016/j.agrformet.2009.08.004
[112]

Ding L, Zhou J, Zhang X, Liu S, Cao R. Downscaling of surface air temperature over the Qinghai-Xizang Plateau based on DEM. Int J Appl Earth Obs Geoinformation 2018;73:136‒47. . 10.1016/j.jag.2018.05.017
[113]

Yu H, Wu Q, Liu Y. The long-term monitoring system on permafrost regions along the Qinghai-Xizang Railway. J Glaciol Geocryology 2008;30(3):475‒81. Chinese.
[114]

Ma M, Wang X, Li X. Design of the Qinghai-Xizang Railway information system. J Glaciol Geocryology 2002;24(5):652‒8. Chinese.
[115]

Nan Z, Li X, Li S. Architecture design of the digital embankment and numerical simulation platform of the Qinghai-Xizang Railway. J Glaciol Geocryology 2002;24(5):646‒51. Chinese.

AI Summary AI Mindmap
PDF (3906KB)

11436

访问

0

被引

详细
导航
相关文章

AI思维导图

/

〈 〉