• 第1章绪论

• 第2章基于地－气耦合的冻土路基能量交换计算方法

• 第3章公路冻土路基水－热－变形效应理论模型与研究平台

• 第4章冻土路基的空间效应

• 第5章冻土路基的时间效应

• 第6章冻土路基的结构效应

• 第7章冻土路基能量平衡设计理论与方法

• 第8章大尺度冻土路基稳定技术

• 第9章尺度效应理论与技术的工程示范

• 第10章展望

• 主要参考文献

本书针对多年冻土区高速公路大尺度路基的尺度效应理论与技术问题，应用理论分析、数值计算、室内模型试验、实体工程试验等方法，系统介绍冻土路基上边界条件、尺度效应研究的理论模型和方法、冻土路基的空间效应、冻土路基的时间效应、冻土路基的结构效应、冻土路基能量平衡设计方法、新型大尺度路基稳定技术等内容，最终形成涵盖公路冻土工程理论、设计方法和稳定技术的理论与实践体系。

多年冻土及土壤季节冻融循环对地～气间热量交换、生态～水文过程、水资源都起着至关重要的作用。黑河流域上游位于祁连山高寒带山地多年冻土区，是黑河流域的主要产流区。针对黑河流域“冻土变化过程及其流域水文效应的辨识”的科学问题，本课题将应用野外钻孔勘探，定期、定点观测，遥感及数值模拟方法，对黑河上游土壤季节冻融过程、多年冻土分布及其流域水文效应进行全面系统研究；揭示黑河上游多年冻土空间分布特征、土壤季节冻融过程及其影响因素；编制大比例尺（1:100000）黑河上游活动层及多年冻土图，为冻土水文模型及流域水文集成研究提供基础资料；综合研究黑河上游活动层、多年冻土及其变化对水文过程的影响，特别是其与地表径流和地下水的相互作用。系统分析在气候变化条件下土壤冻融过程、多年冻土演化过程及其对流域水文过程，水资源形成过程及生态环境的效应；明晰冻土的水资源效益，最终为提高流域出口河流径流预报提供可靠的科学依据。

在“黑河流域生态-水文过程集成研究”重大研究计划支持下，针对黑河流域“冻土变化过程及其流域水文效应的辨识”的科学问题，项目开展了冻土野外调查、定点观测及室内试验等，系统研究了冻土分布、活动层水热过程、多年冻土区水文过程产流机制、多年冻土层下水、冻土未冻水、地表水与地下水相互作用，以及冻土变化对生态-碳循环的影响。主要取得以下成果：黑河流域多年冻土下界处海拔~3650m，多年冻土厚度10-137m，年平均地温>-2°C，大部分属于不稳定型和过渡型多年冻土。多年冻土区约占黑河流域10.3%。活动层厚度介于0.8m-4.8m。活动层厚度空间变化主要受海拔高度、坡向、泥炭含量及泥炭层厚度、岩性、土壤水分含量等因素影响。活动层发育过程对径流产流有显著影响。径流系数在消融初期较高，消融中期最低；降水量、融化深度、土壤湿度和地表蒸发是决定多年冻土区径流产流机制的重要影响因素。冻土中未冻水含量主要受温度控制，以指数曲线随温度降低而减少。多年冻土底板下可能存在地下水层，深度在80-120m之间。多年冻土区地表水略微补给地下水； 季节冻土区地下水补给地表水。初步探测表明，在热融滑塌区，地表沉降速率最大，沉降速率可达4 cm/yr。热融滑塌的发育导致草地群落在结构和类型都发生着强烈的变化，植被类型由高寒沼泽草甸向高寒草原的方向发展。黑河上游温度升高可能会增强山地多年冻土区沼泽草甸生态系统的碳汇作用，而高寒草甸可能起到碳源作用。多年冻土区“生锈的碳库”占总有机碳库约20%；热融滑塌导致碳氮量减少30%；多年冻土退化加速了碳的流失，且微生物可利用性降低。这些研究结果明晰了冻土的水资源效益，可以为提高流域出口河流径流预报提供可靠的科学依据。 2100433B

力学系统往往包含碰撞接触及摩擦作用激发复杂的多尺度效应。理解这些尺度效应在不同层次模型结构中的贡献，是多学科所关注的重要内容之一。归纳不同尺度效应中的有序结构，依赖于精细的实验观测和有效的数学定量化表示。如何对所关注的尺度效应进行合理的缩放，克服观测手段的局限性，是展现尺度特征和建立层次化模型的重要手段。本项目将研究三类具有典型尺度缩放效应的力学系统：（1）跳动哑铃系统；（2）滚动多边柱体。（3）多米诺骨牌。我们期望针对三类系统的研究，关注如下科学问题：跳动哑铃系统中的有序动力学结构及其宏观量子化表现；滚动多边柱体与滚动摩阻效应的关联；多米诺骨牌中的孤立波效应。以上三类系统均包含复杂的碰撞接触及摩擦作用。本项目将基于所发展的LZB方法开展相关的实验和理论研究工作。预期成果不仅有助于动力学基本理论的发展，而且在控制、工程应用等多学科发现重要的应用价值。