Dry bridges have been widely applied in the Qinghai-Tibet Railway (QTR) to minimize the thermal disturbance of engineering to the permafrost. However, because the Qinghai-Tibet Plateau is an area with a high potential occurrence of earthquakes, seismic action can easily destroy the dry bridges. Therefore, a three-dimensional numerical model, with consideration of the soil-pile interactions, is established to investigate the thermal characteristics and their impact on the seismic response of the dry bridge in permafrost region along the QTR. The numerical results indicate that there exist significant differences in the lateral displacement, shear force, and bending moment of the piles in different thermal conditions under seismic action. When the active layer become from unfrozen to frozen state, the maximum displacement of the bridge pile reduces, and the locations of the zero and peak values of the shear force and bending moment also change. It is found that although the higher stiffness of frozen soil confines the lateral displacement of the pile, compared with unfrozen soil, it has an adverse effect on the earthquake energy dissipation capacity.
지구온난화로 인해 극지방에 대한 접근성이 높아짐에 따라 석유자원이 풍부한 영구동토 지역에서 자원개발 플랜트 건설의 수요가 증가하고 있다. 동토 지역에서의 자원개발 플랜트 건설 입지는 동토 활성층의 융해와 동결에 기인하는 지표변위가 필수적으로 고려되어야 한다. 그러나 동토의 변위를 고려하여 자원개발 플랜트 건설의 입지를 선정한 연구 사례는 거의 없다. 이 연구에서는 캐나다 앨버타 주의 Athabasca 남부 지역에서 최적의 오일샌드 개발 플랜트 건설 입지를 선정하기 위해 지표변위를 비롯한 다양한 공간정보를 활용하여 계층화 분석(Analytical Hierarchy Process)을 수행하였고, 동토 지역에서의 자원개발 플랜트 건설 활동에 있어 지표변위의 중요성을 논의하였다. 2007년 2월부터 2011년 3월까지 획득된 시계열 ALOS PALSAR 영상에 Small BAseline Subset-Interferometric Synthetic Aperture Radar 기법을 적용하여 지표변위 속도 정보를 구축하였고, ERA5 재분석 자료로부터 2000~2010년 기간에 대한 평균 기온, 지표온도, 지중온도 정보를 구축하였다. 도로 및 철도와 토지피복 공간정보는 각각 캐나다 연방 통계청과 북미환경협력위원회에서 제공하는 자료를 구축하여 활용하였다. 토지피복, 지표변위, 도로 접근성을 가장 중요한 공간정보로 설정하여 수행한 최적 입지 분석 결과는 2010년 이후 건설된 오일샌드 플랜트 건설지와 비교하여 그 타당성이 확인되었고, 입지 적합도 평가에 대한 지표변위의 민감도는 매우 높은 것으로 분석되었다. 이 연구를 통하여 동토 지역에서 최적의 자원개발 플랜트 건설지를 선정하는데 지표변위가 필수적으로 고려되어야 함이 확인되었다.
Settlement of foundations in permafrost regions primarily results from three physical and mechanical processes such as thaw consolidation of permafrost layer, creep of warm frozen soils and the additional deformation of seasonal active layer induced by freeze-thaw cycling. This paper firstly establishes theoretical models for the three sources of settlement including a statistical damage model for soils which experience cyclic freeze-thaw, a large strain thaw consolidation theory incorporating a modified Richards' equation and a Drucker-Prager yield criterion, as well as a simple rheological element based creep model for frozen soils. A novel numerical method was proposed for live computation of thaw consolidation, creep and freeze-thaw cycling in corresponding domains which vary with heat budget in frozen ground. It was then numerically implemented in the FISH language on the FLAC platform and verified by freeze-thaw tests on sandy clay. Results indicate that the calculated results agree well with the measured data. Finally a model test carried out on a half embankment in laboratory was modeled.
Kim, Ok-Sun;Kim, Hye Min;Lee, Hong Kum;Lee, Yoo Kyung
한국기후변화학회지
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제5권3호
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pp.249-256
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2014
Permafrost is frozen soil below $0^{\circ}C$ for two or more years. Surface of permafrost is called as active layer that seasonally thaws during the summer. Although the thawing of permafrost may deepen the active layer and consequently increase the microbial activity, the microbial community structure in this habitat has not yet been well described. In this study, we presented bacterial and archaeal diversity in the active layer soil from Resolute, Canada using pyrosequencing analysis. The soil sample was collected from the surface of the marsh covered with moss and Carex. A total of 7,796 bacterial reads for 40 phyla and 245 archaeal reads for 4 phyla were collected, reflecting the high diversity of bacteria. Predominant bacterial groups were Proteobacteria (37.7%) and Bacteroidetes (30.0%) in this study. Major groups in Archaea were Euryarchaeota (51.4%) and Thaumarchaeota (46.1%). Both methane producing archaea and consuming bacteria were detected in this study. Although it might be difficult to characterize microbial community with only one sample, it could be used for the basis of assessing the relative importance of the specific groups with a high resolution on the bacterial and archaeal community in this habitat.
Gas hydrates are ice-l ike sol id compounds that are composed of water and natural gas. All common gas hydrates belong to the three crystal structures that are composed of five polyhedral cavities formed by hydrogen bonded water molecules and stable in specific high pressure and low temperature conditions. Gas hydrates contain large amounts of organic carbon and widely occur in deep oceans and permafrost regions, and they may therefore represent a potential energy resource in the future. United States and Japan perform the national R&D programs for the commercial production of gas hydrates in 2010's. The study on gas hydrates are also important for exploration and development of natural gas in the regions where gas hydrates are accumulated and could be formed. Although their global abundance is debated, they play an important role in global climate change since methane is a 50 times more effect ive greenhouse gas than carbon dioxide. Natural gas hydrates also form a possible natural hazard if rapidly dissociated and can cause slides and slumps and in the marine environment associated tsunamis.
Puntsag, Tamir;Owen, Jeffrey S.;Mitchell, Myron J.;Goulden, Clyde E.;McHale, Patrick J.
Journal of Ecology and Environment
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제33권4호
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pp.289-298
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2010
A number of characteristics of the Lake H$\ddot{o}$vsg$\ddot{o}$l watershed, such as the lake's location at the edge of the Central Asian continuous permafrost zone, provide a unique opportunity to evaluate possible anthropogenic impacts in this remote area in northern Mongolia. In this study, we compared stream solute concentrations in six sub-watersheds in the Lake H$\ddot{o}$vsg$\ddot{o}$l watershed. Water samples were collected during the summer months between 2003 and 2005. Concentrations of $Cl^-$ ranged from 9.8 to $51.3\;{\mu}mol/L$; average nitrate concentrations were very low and ranged from undetectable to $1.1\;{\mu}mol/L$ and average ${SO_4}^{2-}$ concentration at sampling stations with minimal animal grazing ranged from 66 to $294\;{\mu}mol/L$. Average dissolved organic carbon (DOC) concentrations ranged from 642 to $1,180\;{\mu}mol$ C/L. We did not find statistically significant differences in DOC concentrations among the six streams, although DOC concentrations tended to be higher in the two northernmost streams, possibly related to differences in the active layer above the permafrost. Dissolved organic nitrogen (DON) concentrations were correlated with DOC concentration, and followed the same spatial pattern as those for DOC. In streams in this remote watershed, total dissolved nitrogen was made up of mostly organic N, as has been found for other regions distant from anthropogenic N sources. Overall, these results suggest that future research on the dynamics of DOC and DON in this watershed will be especially insightful in helping to understand how changes in climate and land use patterns will affect transformations, retention, and export of dissolved organic matter within these sub-watersheds in the Lake H$\ddot{o}$vsg$\ddot{o}$l region.
The spatial variability of geotechnical properties can lead to the uncertainty of settlement for frozen soil foundation around the oil pipeline, and it can affect the stability of permafrost foundation. In this paper, the elastic modulus, cohesion, angle of internal friction and poisson ratio are taken as four independent random fields. A stochastic analysis model for the uncertain settlement characteristic of frozen soil foundation around an oil pipeline is presented. The accuracy of the stochastic analysis model is verified by measured data. Considering the different combinations for the coefficient of variation and scale of fluctuation, the influences of spatial variability of geotechnical properties on uncertain settlement are estimated. The results show that the stochastic effects between elastic modulus, cohesion, angle of internal friction and poisson ratio are obviously different. The deformation parameters have a greater influence on stochastic settlement than the strength parameters. The overall variability of settlement reduces with the increase of horizontal scale of fluctuation and vertical scale of fluctuation. These results can improve our understanding of the influences of spatial variability of geotechnical properties on uncertain settlement and provide a theoretical basis for the reliability analysis of pipeline engineering in permafrost regions.
Kim, Kwansoo;Ju, Hyeontae;Lee, Joohan;Chung, Changhyun;Kim, Hyoungkwon;Lee, Sunjoong;Kim, Jisoo
지질공학
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제31권3호
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pp.257-267
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2021
Constraints on the structure and composition of the active layer are important for understanding permafrost evolution. Soil convection owing to repeated moisture-induced freeze-thaw cycles within the active layer promotes the formation of self-organized patterned ground. Here we present the results of ground penetrating radar (GPR) surveys across a selected sorted circle near King Sejong Station, Antarctica, to better delineate the active layer and its relation to the observed patterned ground structure. We acquire GPR data in both bistatic mode (common mid-points) for precise velocity constraints and monostatic mode (common-offset) for subsurface imaging. Reflections are derived from the active layer-permafrost boundary, organic layer-weathered soil boundary within the active layer, and frozen rock-fracture-filled ice boundary within the permafrost. The base of the imaged sorted circle possesses a convex-down shape in the central silty zone, which is typical for the pattern associated with convection-like soil motion within the active layer. The boundary between the central fine-silty domain and coarse-grained stone border is effectively identified in a radar amplitude contour at the assumed active layer depth, and is further examined in the frequency spectra of the near- and far-offset traces. The far-offset traces and the traces from the lower frequency components dominant on the far-offset traces would be associated with rapid absorption of higher frequency radiowave due to the voids in gravel-rich zone. The presented correlation strategies for analyzing very shallow, thin-layered GPR reflection data can potentially be applied to the various types of patterned ground, particularly for acquiring time-lapse imaging, when electric resistivity tomography is incorporated into the analysis.
계절 동토지역으로 분류되는 우리나라의 동토에 관한 연구는 동상압에 의한 아스팔트 도로 등의 기능 저하 방지에 관한 연구가 대부분이었다. 하지만 최근 제 2 남극 기지인 장보고 기지 건설과 러시아 극동지역의 천연파이프 건설 협약 등이 이루어지면서 영구동토지반에서의 구조물 건설에 대한 관심이 증대되고 있다. 영구동토지반에서 구조물 설계 시 지반의 크리프 특성이 매우 중요한 요소로 알려져 있다. 현재 우리나라에서는 동토에 관한 명확한 시험규정이 없으므로 동토에 영향을 미치는 요소를 시험 변수로 활용하여 크리프 거동 특성을 체계적으로 규명하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 $-5^{\circ}C$와 $-10^{\circ}C$에서 조밀한 주문진 표준사를 동결시켜 하중비율을 조절하여 일정하중 하에서의 크리프 특성을 살펴보았다. 시험 결과, 온도가 더 낮을수록, 하중비율이 더 클수록 2차 크리프 거동이 짧아지고 3차 크리프의 변형이 더욱 뚜렷이 나타나는 경향을 보였다.
In this brief present are about some advanced results from investigation geomorphology in basin of river Tui and distribution of relief their peculiarities, types morphogenetic, convert to ekzogen process of relief ( fluvial system, permafrost process, wind process, slope process etc) and dynamic process of sedimentation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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