富冰永久冻土的实验研究
路堑边坡防护
摘要: 在阿拉斯加等多年冻土区，为了达到含冰丰富的多年冻土区的道路设计等级，往往需要路堑边坡。然而，挖掘路堑边坡和随后暴露在阳光下破坏现有的热平衡，导致富冰永久冻土退化。富冰冻土融化导致的不受控制的侵蚀和径流，以及路堑边坡的破坏，会造成许多环境法无法接受的环境灾难。本研究调查了三种潜在的环境可接受的热侵蚀缓解技术，以解决当前做法引起的监管问题。在阿拉斯加内陆道尔顿高速公路9英里山(Dalton Highway 9 Mile Hill)施工的四个试验段，分别使用了0.3米的木屑、椰子毛毯、椰子毛毯和Tecco网眼，以及0.3米的碎石。安装了不同的传感器，以测量四个测试段的温度和湿度随时间的变化，并评估不同的热侵蚀缓解技术的有效性。在试验场还安装了一个气象站来监测气候信息。利用摄影测量方法对路堑边坡热侵蚀进行了评价。本文介绍了现场监测的结果。本文还讨论了不同热侵蚀减缓技术的有效性。DOI: 10.1061 /(第3期)cr.1943 - 5495.0000149。copy;2017美国土木工程师学会。
作者关键词:含冰;路堑边坡;边坡稳定性;热侵蚀;摄影测量。
1介绍
阿拉斯加交通和公共设施部门(ADOTamp;PF)和其他用户(如采矿和管道公司)需要在富冰的永久冻土上削减建筑。例如，过去成功使用的一种传统技术是挖一条过宽的沟渠，并在沟渠后面近垂直地切割富含冰的永久冻土[图1(a)](伯格和史密斯，1976)。经过几年的时间，垂直的、富含冰的永久冻土面临融化。融解迅速地进展到近垂直面，主要是因为保护热的自然植被已经被移走，并且路堑坡暴露在阳光下。这破坏了现有的热平衡，导致河岸上部坍塌，植被垫塌落在融化的土壤/冰块上。[图1(b)]。最终，切割成为一个植被覆盖的波浪形、相对稳定的斜坡[图1(c)]。在此期间，融水携带着塌落物中的土壤和有机物碎片流入沟渠，或许还会沿着斜坡流入湿地、溪流和湖泊等敏感地区。在过去几十年里，监管机构制定并完善了严格的环境法规，禁止此类垃圾排放。目前，环境上可接受和经济上可行的热侵蚀减缓技术需要大量的开发和测试。
在阿拉斯加，早在20世纪20年代费尔班克斯(Fairbanks)矿区开发期间，以及20世纪40年代早期在阿拉斯加高速公路的军事建设期间，就有报道称，在富冰的永久冻土中挖掘路堑边坡存在相关问题。不幸的是，关于地面条件和斜坡性能的技术文件非常有限。由于与富冰土壤热退化有关的困难，人们非常重视尽量减少或在可能的情况下消除富冰冻土的切割。在阿拉斯加，对冻土堑坡性能的评估和记录是有限的(Mageau和Rooney, 1984年)。1969年，道尔顿高速公路从利文古德到Yukon河的最初56英里路段，在富含冰层的淤泥上进行了几乎垂直的切割。Alyeska管道服务公司(APSC)对这些近垂直路堑边坡的性能进行了监测。热退化斜坡的整体自然再稳定和植被恢复被认为是令人满意的，因为人们担心泥石流带来的环境影响会与局部可见的后果相协调。随着目前深远、全面和严格执行的州和联邦法规的现实，这种观点已经过时了。
1973年,赫斯河附近的一个测试网站是APSC在道尔顿公路评价四种不同表面处理减少热侵蚀的效果，侵蚀含有冰的冻土结合热力和机械作用的流动的水(福捷et al .2007),坡地减少约1.5:1(H: V)含冰淤泥(APSC 1974,1975)。这些试验段在1973年和1974年的夏季进行了监测。所有试验段施工后均喷施相同的草种混合物。Vinson和McHattie(2009)总结了这些发现。在1983年夏季进行的两次实地调查中，对试验段的长期性能进行了评估。调查人员指出，所有的斜坡都是稳定的。然而，由于大部分测试大量的减容和下坡运动，导致了显著的边坡恶化。植被在经历了显著的位移和随之变平的斜坡上很好地建立起来。在更陡峭、变形较小的斜坡上，植被没有很好地建立或不存在。
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