Klimawandel und technische Störungen führen zu einer Verschlechterung des Permafrosts, was sich auf die Stabilität der Infrastruktur und die Transportsicherheit auswirkt. Zweiphasige geschlossene Thermosiphons (TPCTs) werden in der Permafrosttechnik häufig zur Bewältigung externer Störungen durch Kühlung der Permafrostschicht eingesetzt.
Aufgrund des Mangels an langfristiger und räumlich-zeitlicher Beobachtung der thermischen Verformung bleibt der Einfluss von L-förmigen, zweiphasigen, geschlossenen Themosyphonen (LTPCTs) auf die Entwicklung der Böschungsverformung jedoch unklar.
Ein gemeinsames Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Zhang Mingyi vom Northwest Institute of Eco-Environment and Resources (NIEER) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) hat das erste räumlich-zeitliche Beobachtungssystem für thermische Verformung gebaut, um die räumlich-zeitlichen thermischen Verformungseigenschaften zu untersuchen des Verbunddamms mit LTPCTs an einem Permafrosthang. Die Studie wurde veröffentlicht in Acta Geotechnica.
Während des Baus der Gonghe-Yushu-Autobahn in den Permafrostregionen des Qinghai-Tibet-Plateaus (QTP) führte das Forschungsteam einen groß angelegten Feldtest durch, um die räumlich-zeitlichen thermischen Verformungseigenschaften des Verbunddamms mit LTPCTs auf einem zu bewerten Permafrosthang.
Die Ergebnisse zeigten, dass die LTPCTs die Permafrosttemperatur senken konnten und die zusammengesetzte Böschung mit LTPCTs einen guten Kühleffekt auf den darunter liegenden Permafrost in ihrer Mitte hatte. In der kalten Jahreszeit betrug der maximal wirksame Kühlbereich des LTPCT nicht mehr als 2,0 m.
Die zusammengesetzte Böschung konnte die Mittelliniensetzung nach dem zweiten Betriebsjahr im Feldexperiment reduzieren, und die Gesamtsetzung nach fünf Betriebsjahren war aufgrund der Kühlfähigkeit der LTPCTs weitaus geringer als die der kontrastierenden Böschung.
Unter der langgestreckten, sonnigen Böschung des Verbunddamms besteht jedoch weiterhin ein potenzielles Einsturzrisiko, da ein kontinuierlich zunehmender Verformungsunterschied entlang des Querschnitts zu Längsrissen des Verbunddamms und damit zu einer Beeinträchtigung der Verkehrssicherheit führen kann.
„Unsere Studie enthüllt nicht nur die thermischen Verformungseigenschaften der Verbunddämme mit LTPCTs an einem Permafrosthang, sondern liefert auch mehr Verständnis für die Gestaltung und Anwendung der Verbunddämme mit LTPCTs in Permafrostregionen“, sagte Prof. Zhang.
Mehr Informationen:
Mingyi Zhang et al., Felduntersuchung zu den räumlich-zeitlichen thermischen Verformungseigenschaften einer zusammengesetzten Böschung mit zweiphasigen geschlossenen Thermosyphonen an einem Permafrosthang, Acta Geotechnica (2023). DOI: 10.1007/s11440-023-01878-5