多年冻土区公路走廊带热影响数值分析方法研究

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1、分类号:U41210710-2015121201硕士学位论文多年冻土区公路走廊带热影响数值分析方法研究闫晓敏导师姓名职称张驰副教授申请学位类别工学硕士学科专业名称道路与铁道工程论文提交日期2018年4月16日论文答辩日期2018年5月12日学位授予单位长安大学StudyonnumericalanalysismethodofthermalinfluenceofHighwayCorridorinpermafrostregionADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：YanXiaominSupervisor：Pr

2、of.ZhangChiChang’anUniversity，Xi’an，China摘要多年冻土是一种热敏感性高、工程危害较大的地基土体，全球气候变暖与人类活动导致多年冻土地温增加，甚至退化，使冻土区域内的公路工程面临复杂的自然环境和严重的冻土道路病害。面对我国高速公路网逐渐深入西部地区与“一带一路”沿线存在大量多年冻土区的现状，研究多年冻土区公路走廊带热影响数值分析方法势在必行。若干前瞻研究通过有限的病害数或者有限元模型理论性地量化分析公路工程对冻土地温的影响，鲜见借助遥感与地理信息处理技术，基于地温时间序列数据，从系统性、长期性和动态性的角度去量化这种热影响。青藏高原

3、多年冻土区相比于其他区域，具有高寒缺氧、工程地质性质复杂不稳定，人烟、道路稀少，植被覆盖率低等特点，由于影响地温变化因素较少，方便控制环境因素变量以重点分析公路对冻土的热影响。因此，本文将研究区域定位在青藏高原多年冻土区，明确了公路走廊带的定义，以热传导机理为指导解析影响冻土温变的地形地貌、地表类型、道路类型等因素，基于熵理论构建公路走廊带熵模型来描述地温变化的有序性与无序性，针对地温时间序列数据变化规律采用谱分析法计算熵模型中的相关参数。以遥感与地理信息等先进技术作为研究手段，提出了冻土地温和环境多源数据的采集处理方法，为多年冻土区公路走廊带热影响分析提供数据支持。接

4、着，将熵模型计算出的地温熵值作为表征地温热状态的刻尺，采用GIS与SPSS中的空间统计、空间自相关分析与logistic回归分析等数学方法，分析不同高程范围、地表类型等冻土环境下已建公路工程全寿命周期对冻土地温温变特性的影响，提出了多因素环境下地温谱熵等级划分方法。最后选取青藏高原多年冻土区含新、旧高速公路的区域作为试验段进行熵模型计算、数据获取与处理、多因素环境条件下两条高速公路平均熵值的对比分析与等级计算，实现多年冻土区公路走廊带热影响分析的数值化，验证了本文研究思路的可行性与方法的有效性。本文的研究成果可用于构建大范围、长时间的路线选择的环境数据库，提高公路设计人

5、员的针对性与效率，为下阶段多年冻土区线位布局方法研究奠定基础。在科学研究和实际应用中均具有重要的意义。关键词：多年冻土区，公路走廊带热影响，熵模型，遥感数据，空间分析IAbstractPermafrostisakindofsoilwithhighthermalsensitivityandseriousengineeringthreats.Globalwarmingandhumanactivitiesleadtotheincreaseoffrozensoiltemperatureandevendegradation,whichmakeshighwayengineering

6、inpermafrostregionsfacecomplexnaturalenvironmentandseriouspermafrostdisease.WiththerapiddevelopmentofChina'sexpresswaynetworkinthewesternregionandtheexistenceofalargenumberofpermafrostregionsalongthehighwaycorridorof"TheBeltandRoad",ananalyticalstudyonthermaleffectofpermafrostzoneisimper

7、ative.Severalstudiesindirectlyquantitativelyanalyzedtheimpactofhighwayengineeringonpermafrosttemperaturebyafewdiseasesorfiniteelementmodel.Fewapplieshighremotesensingandgeographicinformationtoanalysisandquantifiesthethermaleffectsfromtheperspectiveofsystematic,long-terman