高原路基大揭秘,地理命题新视野

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1、高原路基大揭秘，地理命题新视野王小宁/山东省利津县第一屮学2015年高考全国新课标文综卷I第37题，背景材料提供了关于青藏铁路建设者创造性地提出“主动降温、冷却路基、保护冻土”的新思路和热棒新技术。其中，第三个问题是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）。笔者通过原理详解、热棒知识辨析和解决冻土问题的其他措施举例分析，加以具体说明。一、路基不稳定的原理分析高原铁路的修建关键是克服冻土的影响。冻土对温度极为敏感，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，建在上面的路基和钢轨会被顶

2、起来。夏季，冻土发生融化，体积缩小，钢轨会随之下降。冻土的反复冻结、融化，会造成路基严重变形，使整个钢轨高低不平，其至扭绞成麻花状，影响正常通车。二、提高路基稳定的原理举例为了理解冻土路基复杂的原理，下面利用屮科院“青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应”项口首席科学家吴柏青列举的一个通俗的实例来说明。拿出两个烟盒，把一张白纸夹在中间。上下两个烟盒分别代表季节性冻融层和多年冻土层，中间这张纟氏被科学界称为“零点幕“。所谓〃零点幕〃就是在这个界面之下，冻土较为稳定，基本不受外界影响。〃零点幕〃是不断变化的，如夏

3、季温度高，这个界面就会降低，冬季就会升高。在修建青藏铁路的过程中，课题组要解决的问题是：如何将“零点幕”升高，把不稳定的季节性冻融层减薄，并让下界的冻土层更为稳定。2015年高考全国新课标文综卷I第37题中捉到的“热棒新技术”，就是为了将“零点幕”升高，从而增加青藏铁路路基的稳定性。三、热棒工作原理详解为保证青藏公路和青藏铁路路基的稳固度和安全使用，我国采用大型“低温热管”进行地基冷却。这种低温热管长7米，管子外径89毫米，1・4米长的翅片绕焊后，每根管子质量在100千克以上。热管埋入地下部分喷涂黑色防腐漆，地面

4、部分喷涂白色抗磨漆，每根喷涂3遍。这些热管等距离地排列在青藏铁路某段的两侧，5米长埋入地下，地表外露2米多，在严寒季节，能将地下永冻土层的热量源源不断传递到路面，保持冻土的恒低温；而一旦气温升高，低温热管自动停止工作。这种热棒虽然有常规热管那样简单的外形，但它不只有蒸发段和冷凝段，还有另一个工作区，那就是绝热段。绝热段在小间，位于地面以下，却接近地而，它的主要作用是保证地面的土壤一直保持冰冻状态。当深层岀现热量的时候，热量会通过绝热段，上升到地而以上的蒸发段，传递到大气屮。热管相当于热阀门，只能让热量向一个方向传

5、递，可阻拦大气中的热量通过热管传到地下。四、热棒谜团的产生与解密该题知识背景源于2014年12月5日中央电视台教育频道《地理•中国》“冻结的大地”视频。视频中，中科院冻土研究专家赵林对青藏公路路面不平整的解释中提到，多年冻土层中的冰层在夏季发生了不均匀的融化，而路面上铺设的柏油阻碍了地卜•热气的释放，热气在地下越积越多，促使多年冻土进一步融化，路基发生沉降，使原本平坦的路面变得高低起伏。这表明夏季地温使青藏公路路基发生沉降，而将热棒应用到青藏公路地势起伏较大的路段，其目的是把柏油层卜•的热气输送出來。同样的道理，

6、青藏铁路路基两侧的热棒，口的是在冬季把地表下的热量带到地表上來，使地温处于一个更低的状态。夏季由于温度升高，活动层冻土开始融化散热，当温度在地表集中时，由于路基阻碍温度向外扩散，这时热棒就开始发挥作用。热棒小的气态氨冷却后以液体的形式流回棒底，再进行下一轮的热交换。这样就保证了地基下活动层冻土保持在一定的温度，不至于温度太高发生融化而导致路基发生变形。值得注意的是，青藏铁路大多为抛石路基，即在路基内部土层屮间填筑一定厚度的碎右。抛石路基的设计来源于一次高原冻土区的考察，科研人员无意间扒开了一片碎石堆，在下而发现了

7、冰雪，而附近的地而因升温都已翻浆。分析后，科研人员认为碎石间因有空隙，相当丁一个半导体，冬季从路堤及地基中排岀热量，夏季较少吸收热量，起到冷却作用。由此可以看出，青藏铁路的抛石路基能起到散热作用，而青藏公路路基上因冇柏油层，反而阻碍散热。夏季，青藏铁路地区气温高于地温，热棒就会自动停止工作，I佃地温高丁气温时热棒就会工作。冬季，不管是公路述是铁路路基，其下的多年冻土的活动层反复冻融，为了降温热棒均开始工作。五、热棒仅仅是冻土区路基稳定措施之一通过对冻土在外界条件下的变化过程与对路基变形的影响规律的研究,可针对不同

8、冻土条件制订冻土工程措施。为保证路基稳定，除了采用热棒技术之外，述可采用其他技术与措施。例如，适当提高路基填土高度，用天然土保温；在路基埋设工业保温层；采用抛石路基，即用碎块石填筑路基，可有效解决冻土路基屮的冻土冻胀和融沉问题；片石气冷措施，即在路基垫层Z上设置一定厚度和空隙度的片石层，因片石层上下界而间存在温度梯度，引起片石层内空气的对流，热交换作用以对流为主导。在不同