永久冻土带来的问题

对于那些希望开发地球极地地区的人来说，永久冻土带来了独特的挑战。融化，下沉，霜冻作用和冻结会对基础设施和永久性建筑造成严重破坏冻土．为了保持地面的稳定(从而降低建筑物和道路的维护成本)，在建造建筑物和铺设交通线路之前，建筑活动必须考虑到这些现象。通常情况下，建筑物、管道和电线被堆在地面上，而道路仍然没有铺设。

冻土工程

北方的发展需要对永久冻土环境问题的认识和应对能力。虽然冻土阻碍了农业和采矿活动，但永久冻土对北方生活影响最显著、最广泛、最具经济意义的例子包括公路、铁路、机场、桥梁、建筑物、大坝、下水道和通信线路的建设和维护。工程问题有四种基本类型:(1)那些涉及富冰多年冻土融化和随后的地面下沉的非加热结构，如道路和机场;(二)涉及受热结构下沉陷的;(3)由冻霜作用引起的洪水，通常由于永久冻土造成的排水不良而加剧;(4)那些只涉及导致地下下水道、供水和输油管道结冰的永久冻土温度的问题。

对冻土的深入研究应该是北方任何工程项目规划的一部分。一般来说，最好是尽可能少地扰动永久冻土，以保持工程结构的稳定基础，除非永久冻土很薄;这样，就有可能摧毁永久冻土。保存多年冻土的施工方法被称为被动法;另外，破坏永久冻土是一种有效的方法。

由于极地地区几乎所有的工程问题都涉及到冻土融化和霜冻作用，因此一般地考虑这些现象是可取的。当植被、积雪或活动层被压实时，永久冻土的微妙热平衡被破坏。永久冻土层下降，活动层变厚，大量冰融化。这一过程降低了表面，(在夏季)提供了一个更湿润的活动层，承载强度更低。这种扰动使得夏季变暖的渗透更大。通常的程序是在工程工程下面放置砾石填充物或垫层。这种填充物通常是热的良好导体，如果很薄，可能会导致永久冻土的进一步融化。填充物必须足够厚，以包含季节性温度变化的整个幅度，换句话说，足够厚，以限制每年的季节性冻结和解冻到填充层和压实活动层。在这种条件下，永久冻土不会解冻。这种方法在北极地区是可行的，但在较温暖的亚北极地区则不可行，因为需要大量的填充物。在加热的建筑物下，深度融化可能比在道路和机场下发生得更快。

长期以来，人们都知道霜冻作用，即地面水分的冻结和解冻，会严重破坏极地和温带地区的结构。

在冬季，地面水分的冻结产生了向上的位移地面(霜起伏)，而在夏季，由于冻结作业而使地面水分过多，会导致地基承载力下降。霜作用在气候恶劣和排水不良地区的粉质和粉质粘土大小的沉积物中发展得最好。raybet雷竞技最新极地纬度是理想的最大霜冻作用，因为大多数低地地区被细粒沉积物覆盖，潜在的永久冻土导致排水不良。

多年冻土区的发展

桩子被用来支撑许多(如果不是大部分的话)建在冰量丰富的永久冻土上的建筑物。在寒冷的冬天,许多桩基础在地面受到季节性冻结的影响，因此可能受到冻胀的破坏作用，冻胀往往会使桩基向上位移，从而扰乱结构的基础。虽然最大的扰动可能在亚北极最广泛地遇到，但桩的位移并不局限于极北地区。昂贵的维护，有时完全破坏桥梁、学校建筑、军事设施、管道和其他结构，都是由于未能理解桩冻胀原理造成的。

跨阿拉斯加管道系统是多年冻土环境中一个显著的建设成就。这条长1285公里(800英里)、直径122厘米(48英寸)的管道于1977年完工，将原油从普拉德霍湾输送到瓦尔迪兹的一个不冻港。这条管道最初设计用于大部分线路的掩埋。然而，由于石油是在70°到80°C(158°到i76°F)的温度下运输的，这样的安装会使邻近的永久冻土融化，造成液化,失去

阿拉斯加松鼠溪附近的一段跨阿拉斯加管道。这条管道的设计和建造都考虑到了保护大面积的永久冻土。乔治·f·赫本/国家地理/盖蒂图片社

承载强度，土壤流量。为了防止管道被破坏，约有一半的线路(615公里[380英里])被抬高到由垂直支撑构件支撑的横梁上。管道将热量安全地排放到空气中，同时通过使用特殊的热辐射热装置将12万个垂直支撑构件牢牢冻结在永久冻土中，从而防止了冻胀。

极地地区的公路相对较少，而且主要是未铺设的。夏季冻土融化，冬季冻胀，夏季细粒沉积物承受强度下降，这些都是导致沉陷的原因。碎石路面的不断分级可以使高速公路保持相对平稳。如果道路铺在富含冰的永久冻土层上，道路就会变得粗糙，维护费用也比未铺好的道路高得多。极地地区的许多铺就的道路需要在10年内重铺两到三次。

在永久冻土区，铁路尤其有严重的建设问题，需要昂贵的维护费用，因为必须保持相对较低的坡度，而且路基随后位于常年冻土下的富冰低地。西伯利亚大铁路、阿拉斯加铁路和加拿大北部的一些铁路在当地被有大量地冰的永久冻土所覆盖。由于每年夏天大量的冰融化，需要不断的维护来平整这些轨道。在冬季，当路基和桥梁发生2.5至35厘米(1至14英寸)的局部位移时，还需要进行广泛的维护，以防止冻胀。

多年冻土影响着不连续多年冻土带许多地区的农业发展。它对俄罗斯和北美耕地的破坏性影响是由于永久冻土中大量的冰融化造成的。如果在选择开垦地区时不谨慎，永久冻土层的融化可能会使农田被遗弃或变成牧场。

海底多年冻土是多年冻土工程中最活跃和最令人兴奋的领域之一。了解海底永久冻土的分布、类型和水或冰含量对于规划石油勘探、定位生产结构、埋管和海底隧道至关重要。此外，为了预测天然气水合物的潜在聚集点或可能存在地下水或自流压力的区域，必须知道海底温度。此外，了解海底永久冻土的分布可以全面解释区域地质历史

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