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1、第第x x期地理小课堂期地理小课堂之之 青藏高原冻土青藏高原冻土（严肃脸）（严肃脸） psps：图片资料基本来源于百科图片：图片资料基本来源于百科图片 侵删侵删2021/6/301青藏高原冻土的定义青藏高原冻土的定义 青藏高原冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种青藏高原冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种青藏高原冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种青藏高原冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石岩石岩石岩石和和和和土壤土壤土壤土壤。一般可分为短时冻土（数小时。一般可分为短时冻土（数小时。一般可分为短时冻土（数小时。一般可分为短时冻土（数小时/ / / /数日以至半月）、季数日以至半月）、季数日
2、以至半月）、季数日以至半月）、季节冻土（半月至数月）以及多年冻土（数年至数万年以上）。节冻土（半月至数月）以及多年冻土（数年至数万年以上）。节冻土（半月至数月）以及多年冻土（数年至数万年以上）。节冻土（半月至数月）以及多年冻土（数年至数万年以上）。 地球上多年冻土、季节冻土和短时冻土区的面积约占陆地球上多年冻土、季节冻土和短时冻土区的面积约占陆地球上多年冻土、季节冻土和短时冻土区的面积约占陆地球上多年冻土、季节冻土和短时冻土区的面积约占陆地面积的地面积的地面积的地面积的50%50%50%50%，其中，多年冻土面积占陆地面积的，其中，多年冻土面积占陆地面积的，其中，多年冻土面积占陆地面积的，其中
3、，多年冻土面积占陆地面积的25%25%25%25%。冻土是冻土是冻土是冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰。因此，。因此，。因此，。因此，冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征。正由于这冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征。正由于这冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征。正由于这冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征。正由于这些特征，在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险：冻胀些特征，在冻土区修筑工程构筑物就必须面
4、临两大危险：冻胀些特征，在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险：冻胀些特征，在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险：冻胀和融沉。和融沉。和融沉。和融沉。随着气候变暖，冻土在不断退化。随着气候变暖，冻土在不断退化。随着气候变暖，冻土在不断退化。随着气候变暖，冻土在不断退化。2021/6/302蓝色为多年冻土；粉色为季节冻土；黄色为短时冻土；绿色为非冻土。2021/6/3032021/6/3042021/6/3052021/6/3062021/6/307青藏高原冻土成因青藏高原冻土成因青藏高原抬升青藏高原抬升对高原及其周边，乃至东亚自然生态环境产对高原及其周边，乃至东亚自然生态环境产生了诸多影
5、响。多年冻土是青藏高原自然生态系统重要的生了诸多影响。多年冻土是青藏高原自然生态系统重要的组成部分，因此高原隆升对青藏高原多年冻土形成，地域组成部分，因此高原隆升对青藏高原多年冻土形成，地域分异规律，以及历史演变亦有重要作用。分异规律，以及历史演变亦有重要作用。由于由于高原巨大的海拔高度高原巨大的海拔高度，使其具备了形成和保存多年冻，使其具备了形成和保存多年冻土的低温条件，与同纬度的我国东部地区相比，现今年均土的低温条件，与同纬度的我国东部地区相比，现今年均气温低气温低18182424，具有，具有-3.0-3.0-7.0-7.0的年均气温。晚更新的年均气温。晚更新世末期受全球气候波动控制，气温
6、普遍下降。晚更新世冰世末期受全球气候波动控制，气温普遍下降。晚更新世冰盛期降临青藏高原，形成了现今存在的高原多年冻土的主盛期降临青藏高原，形成了现今存在的高原多年冻土的主体。体。2021/6/308冻土对铁路建设的危冻土对铁路建设的危害害冻土对温度极为敏感，对铁路的修建有非冻土对温度极为敏感，对铁路的修建有非常大的影响。常大的影响。在冻结的状态下，冻土就像冰一样，随着在冻结的状态下，冻土就像冰一样，随着温度的降低体积发生膨胀，建在上面的路温度的降低体积发生膨胀，建在上面的路基和钢轨会被它顶起来。基和钢轨会被它顶起来。到了夏季，冻土发生融化，体积缩小，钢到了夏季，冻土发生融化，体积缩小，钢轨也就
7、随之降下去。轨也就随之降下去。冻土的反复冻结、融化交替出现，冻土的反复冻结、融化交替出现，就会造就会造成路基严重变形，整个钢轨出现高低不平，成路基严重变形，整个钢轨出现高低不平，甚至扭绞成麻花状，影响正常通车。甚至扭绞成麻花状，影响正常通车。2021/6/309有哪有哪些解决措些解决措施施（1 1 1 1）合理控制路基高度，是保护冻土最有效、最）合理控制路基高度，是保护冻土最有效、最）合理控制路基高度，是保护冻土最有效、最）合理控制路基高度，是保护冻土最有效、最经济的方法。经济的方法。经济的方法。经济的方法。 （2 2 2 2）铺设保温层，）铺设保温层，）铺设保温层，）铺设保温层，199319
8、9319931993年在昆仑山等地推广使用，年在昆仑山等地推广使用，年在昆仑山等地推广使用，年在昆仑山等地推广使用，效果良好。效果良好。效果良好。效果良好。 （3 3 3 3）通风路基，能起到通风保温和保护冻土的作）通风路基，能起到通风保温和保护冻土的作）通风路基，能起到通风保温和保护冻土的作）通风路基，能起到通风保温和保护冻土的作用。用。用。用。 （4 4 4 4）以桥代路，保证工程的可靠性。）以桥代路，保证工程的可靠性。）以桥代路，保证工程的可靠性。）以桥代路，保证工程的可靠性。 （5 5 5 5）桥涵工程采用桩基础，满足防冻的要求。）桥涵工程采用桩基础，满足防冻的要求。）桥涵工程采用桩基
9、础，满足防冻的要求。）桥涵工程采用桩基础，满足防冻的要求。 （6 6 6 6）建立完善的排水设施，防止地下冰融化导致）建立完善的排水设施，防止地下冰融化导致）建立完善的排水设施，防止地下冰融化导致）建立完善的排水设施，防止地下冰融化导致的路基下沉。的路基下沉。的路基下沉。的路基下沉。2021/6/3010我国如何克服难我国如何克服难题题 为了攻克冻土难题，自青藏铁路开工建设以来，铁道部高为了攻克冻土难题，自青藏铁路开工建设以来，铁道部高为了攻克冻土难题，自青藏铁路开工建设以来，铁道部高为了攻克冻土难题，自青藏铁路开工建设以来，铁道部高度重视青藏铁路冻土攻关难题，先后安排了上亿元科研经度重视青藏
10、铁路冻土攻关难题，先后安排了上亿元科研经度重视青藏铁路冻土攻关难题，先后安排了上亿元科研经度重视青藏铁路冻土攻关难题，先后安排了上亿元科研经费用于冻土研究，并组织多家科研院校的专家，对青藏铁费用于冻土研究，并组织多家科研院校的专家，对青藏铁费用于冻土研究，并组织多家科研院校的专家，对青藏铁费用于冻土研究，并组织多家科研院校的专家，对青藏铁路五大冻土工程实验段展开科研攻关，获得了大量科研数路五大冻土工程实验段展开科研攻关，获得了大量科研数路五大冻土工程实验段展开科研攻关，获得了大量科研数路五大冻土工程实验段展开科研攻关，获得了大量科研数据和科研成果。据和科研成果。据和科研成果。据和科研成果。 青
11、藏铁路冻土攻关借鉴了青藏公路、青藏输油管道、兰西青藏铁路冻土攻关借鉴了青藏公路、青藏输油管道、兰西青藏铁路冻土攻关借鉴了青藏公路、青藏输油管道、兰西青藏铁路冻土攻关借鉴了青藏公路、青藏输油管道、兰西拉光缆等大型工程的冻土施工经验，并探讨和借鉴了拉光缆等大型工程的冻土施工经验，并探讨和借鉴了拉光缆等大型工程的冻土施工经验，并探讨和借鉴了拉光缆等大型工程的冻土施工经验，并探讨和借鉴了俄罗俄罗俄罗俄罗斯斯斯斯、加拿大和、加拿大和、加拿大和、加拿大和北欧北欧北欧北欧等国的冻土研究成果。等国的冻土研究成果。等国的冻土研究成果。等国的冻土研究成果。 中国科学家采取了以桥代路、片石通风路基、通风管路基、中国
12、科学家采取了以桥代路、片石通风路基、通风管路基、中国科学家采取了以桥代路、片石通风路基、通风管路基、中国科学家采取了以桥代路、片石通风路基、通风管路基、碎石和片石护坡、碎石和片石护坡、碎石和片石护坡、碎石和片石护坡、热棒热棒热棒热棒、保温板、综合防排水体系等措施，、保温板、综合防排水体系等措施，、保温板、综合防排水体系等措施，、保温板、综合防排水体系等措施，冻土攻关取得重大进展，青藏铁路的冻土研究基地已成为冻土攻关取得重大进展，青藏铁路的冻土研究基地已成为冻土攻关取得重大进展，青藏铁路的冻土研究基地已成为冻土攻关取得重大进展，青藏铁路的冻土研究基地已成为中国乃至世界上最大的冻土研究基地。中国乃
13、至世界上最大的冻土研究基地。中国乃至世界上最大的冻土研究基地。中国乃至世界上最大的冻土研究基地。2021/6/30112021/6/3012青藏铁路冻土带路基两侧高高竖起的一根青藏铁路冻土带路基两侧高高竖起的一根根热棒，可以保持沿线多年冻土处于良好根热棒，可以保持沿线多年冻土处于良好的冻结状态。热棒是一种高效热导装置，的冻结状态。热棒是一种高效热导装置，具有独特的单向传热性能，热量只能从地具有独特的单向传热性能，热量只能从地下向地面传输。下向地面传输。热棒是密封的钢管，里面注入液态氨：当热棒是密封的钢管，里面注入液态氨：当路基温度上升时，液态氨受热发汽化路基温度上升时，液态氨受热发汽化 ，上，
14、上升到热棒的上端，通过散热片将热量传导升到热棒的上端，通过散热片将热量传导给空气，气态氨由此冷却液化变成了液态给空气，气态氨由此冷却液化变成了液态氨，又沉入了棒底。这样，热棒就相当于氨，又沉入了棒底。这样，热棒就相当于一个天然一个天然“制冷机制冷机”。2021/6/30132021/6/3014 多年冻土的活动层反复冻融及冬季不完全冻结，会危机铁路路基。青藏铁路建设者创造性地提出了“主动降温、冷却路基、保护冻土”的新思路，采用了热棒新技术等措施。图8a示意青藏铁路格拉段及沿线年平均气温的分布，其中西的滩至安多为连续多年冻土分布区。图8b为青藏铁路路基两侧的热棒照片及其散热工作原理示意图。热棒地
15、热部分为冷凝段，地下部分为蒸发段，当冷凝段温度低于蒸发段温度时，蒸发段液态物质汽化上升，在冷凝段冷却成液态，回到蒸发段，循环反复。 （1）分析青藏高原形成多年冻土的年平均气温比东北高纬度地区低的原因。（8分）（2）图8a所示甲地比五道梁路基更不稳定，请说明原因。（8分）（3）根据热棒的工作原理，判断热棒散热的工作季节（冬季或夏季）简述判断依据，分析热棒倾斜设置（图8b）的原因。（8分）2021/6/3015（1）海拔高是导致青藏高原地区气温低的主要原因。和东北地区相比，青藏高原地区纬度较低，夏季获太阳辐射多，夏季地表温度高，冻土层融化。青藏高原地区地壳运动活跃，地热资源丰富。（2）甲地年均温高
16、于五道梁地区，甲地冻土层厚度变化大，永久冻土层厚度较小，地基因表土频繁的冻融不稳。甲地更接近亚欧板块与印度洋板块交界处，地壳运动活动，影响路基稳定。甲地等温线分布较密集，说明当地地形起伏较大。（3）冬季高原面上气温低，冷凝段温度低于蒸发段， 气态物质在此段冷凝转化成液态流回蒸发段。夏季高原面上气温较高，冷凝段温度高于蒸发段，蒸发段物质汽化。倾斜设置可增加热棒与地层的接触面积，对地层温度的调节作用更强。试题分析：（1）海拔高是导致青藏高原地区气温低的主要原因。和东北地区相比，青藏高原地区纬度较低，夏季获太阳辐射量多，夏季地表温度高，冻土层融化。青藏高原地区地壳运动活跃，地热资源丰富。（2）甲地年
17、均温高于五道梁地区，甲地冻土层厚度变化大，永久冻土厚度较小，地基土频繁的冻融不稳。甲地更接近亚欧板块与印度洋板块的交界处，地壳活动，影响路基稳定。甲地等温线分布较密集，说明当地地形起伏较大。（3）冬季高原面上气温低，冷凝段温度低于蒸发段，气态物质在此段冷凝转化成液态流回蒸发段。夏季高原面气温较高，冷凝段温度高于蒸发段，蒸发段物质气化。倾斜设置可增加热棒与地层的接触面积，对地层温度的调节作用更强。考点：青藏高原自然环境、板块构造2021/6/30162021/6/30172021/6/30182021/6/30192021/6/3020 结束束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！
