高考地理冻土与热棒专题

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1、青藏铁路：三大措施保持路基冻土青藏铁路要穿越“千年冻土”区，必须攻克的难题之一是：只有设法保持该区域的冻土不受夏季高温影响，确保路基坚固、稳定．大家都知道：严寒的冬季，冻土是坚硬的，而外界气温升高时冻土会熔化，使路基硬度减弱，甚至变软，火车的重压会使路基及铁轨严重变形．因此，如何确保冻土的状态在夏季与冬季一样，就成了必须解决的难题．我国科技工作者创造性地解决了这一难题，并且，其中的三个关键措施都只运用了简单的物理知识．一是“热棒”：被称为不用电的“冰箱”．在冻土区，路基两旁插有一排碗口粗细、看上去像

2、护栏的金属棒，这就是“热棒”．它们的间隔为2m，高出路面2m，插入路基下5m．棒体是封闭中空的，里面灌有液态的氨，外表顶端有散热片．我们知道，酒精比水更容易变成气体，而液态氨变成气体比酒精还要容易．正是液态氨在“热棒”中默默无闻地工作，使它成了在夏季保持路基冻土的“冰箱”．二是“抛石路基”，被称为天然的“空调”．在冻土区修筑路基时，其土层路基的中间，抛填了一定厚度的碎石块，碎石之间的空隙不填实，并且与外界空气相通．这样的结构具有“空调”的功能，使得冻土层的温度基本不随外界气温变化，能有效地保持冻土的

3、稳定性．三是“遮阳板路基”，又称旱桥：被称为隔热“外衣”．遮阳板路基，是在路基的边坡上架设一层遮挡太阳的板材，能有效地减弱太阳热对路基温度的影响．热棒工作原理在可可西里地区，在铁路和公路两旁可以看到很多竖立的“铁棒”，有关技术人员说，这其实是一种高效热导装置，叫做“热棒”。车站工作人员告诉记者，热棒是青藏铁路在运营过程中处理冻土病害、保护冻土的有效措施。据了解，热棒是一种由碳素无缝钢管制成的高效热导装置，5米埋入地下，地面露出2米。具有独特的单向传热性能：热量只能从地面下端向地面上端传输，反向不能传

4、热。在冬季，热管内工作介质由液态变为气态，带走管内热量；在暖季，热棒则停止工作。独特的冷却地温的作用使热棒堪称“魔棒”。热棒的结构大致为一个密闭空心长棒,内装有一些液氨,液氨沸点较低,在冬季土中热量使该液体蒸发,到顶部，通过散热片将热量传导给空气，冷却后又液化回到下部，保持冻土冷冻状态不松软。在夏季，液体全部变成气体，气体对流很小，热量向底部传导很慢。中圣研制开发了中国人自己的冻土治理技术——低温热棒，成功解决了40多年来一直困扰中国科学家和青藏铁路建设者的重大技术难题——青藏铁路路基多年冻土层夏季

5、融沉、冬季冻胀的不稳定问题。该产品获得了中国科学院和青藏铁路专家组的充分肯定，被指定为青藏铁路冻害处理的唯一技术储备。我公司是全国交通工程设施标准化技术委员会热棒工作组承担单位，组织起草热棒国家标准。公司制定的热棒标准获得“中国标准创新贡献奖”。热棒上部（放热段）装有散热片，热棒的下部（吸热段）直接埋入多年冻土中。针对青藏铁路多年冻土区的冻土层，在相当长的时间段，环境温度低于热棒吸热段周围冻土层温度，热棒中的液体物质吸收冻土中的热量，蒸发成汽体；蒸汽沿热棒中心通道向上流动至热棒上部，遇到较冷的管壁后

6、，放出汽化潜热，冷凝成液体，在重力作用下，沿管壁流回吸热段再蒸发。如此循环往复，把自然界大气中的冷量源源不断地传输到地基冻土中。由于热棒单向传热的特点，夏天大气中的热量就不会通过热棒传到冻土中。通过热棒的单向导冷作用，冬天在地下冻土层中储存大量冷量，在青藏高原凉爽而又短暂的夏季，使冻土不致融化，形成“永冻层”，提高了冻土的强度；可有效防止以冻土为路基的铁路、公路在运行时的融沉。该技术可广泛应用于冻土地带的铁路、公路、桥梁、涵洞、隧道、固变电铁塔等工程建设。若该地冻结期短，融化期长，热棒形成的冻结核，

7、尚未在一个冬季来临之前就全部融化，那么就失去了热棒的应用价值，因此热棒的工程应用是有一定限制的。1.阅读图文材料，完成下列要求。多年冻土分为上下两层，上层为夏季融化，冬季冻结的活动层，下层为多年冻结层。我国的多年冻土主要分布于东北高纬度地区和青藏高原高海拔地区。东北高纬地区多年冻土南界的年平均气温在–1°～1℃，青藏高原多年冻土下界的年平均气温约为–3.5°～–2℃。由我国自行设计、建设的青藏铁路格（尔木）拉（萨）段成功穿越了约550千米的连续多年冻土区，是全球目前穿越高原、高寒及多年冻土地区的最长

8、铁路。多年冻土的活动层反复冻融及冬季不完全冻结，会危及铁路路基。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，其中西大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。热棒地上部分为冷凝段，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