关于冰霜穿透深度的新热点

预测霜冻深度是大多数基础设施、采矿和水电工程的重要考虑因素。

通俗地说，霜冻深度是土壤水分结冰的最深点。它因地点和冰冻季节的严重程度而异，但必须正确计算，以避免诸如地面隆起(移动)和地基开裂等问题。

有许多预测霜冻渗透的方法，可以在各种出版物中找到，包括加拿大基础工程手册(CFEM)， 4^th版。这些方法已经使用多年了。然而，我在岩土工程咨询行业工作了20多年，在许多情况下，我看到方法的差异和/或细微差别，可能导致有缺陷的霜冻深度预测和不必要的成本。为了一探究竟，我最近完成了一篇关于预测霜冻深度最广泛使用的方法之一的详细综述，即修正伯格伦方程，以及它是如何在行业中应用的。

这个问题

我的评论促使我对使用修正伯格伦方程的最常见方法进行了分析，其中大多数方法可能导致不准确的霜冻深度估计。反过来，这可能会导致过度设计，这对建设成本产生重大影响，或者导致设计不足，这是可以避免的，也是昂贵的。

一项对加拿大纽芬兰省和拉布拉多省11个地点的评估发现，大多数方法都不可靠，这些地点在冬季气温低于冰点。此外，这些方法没有考虑回归周期(类似强度的自然事件再次发生的概率)。设计中常用回归期来估计洪水和地震的发生概率。但是必须正确理解和使用它们。例如，百年一遇的洪水指的是不经常发生的重大事件。然而，这并不表明洪水每100年才发生一次。更确切地说，这意味着在任何一年发生这种规模的洪水的几率都是百分之一(1%)。

使用特定地点的天气数据评估恢复期对于确定项目地点的适当霜冻穿透深度至关重要，同样重要的是，它使客户能够根据其风险承受能力做出明智的决定。例如，有人想要建造具有高重要性评级的基础设施，比如一座对商品和服务的流动至关重要的桥梁。显然，冻胀的影响会导致基础损坏，进而影响桥梁的可操作性。因此，客户很可能希望设计一个基于更高回报周期的基金(例如，50年或100年一次)，以降低供应链中断的风险。在这种情况下，与客户的总体节省(数十万的基础修复或迁移成本)相比，计算返回期的成本将是最小的(几千美元)。这也将使公众受益，并提高结构的弹性。受益的不仅仅是基础设施客户。回报期方法也可适用于其他部门，包括采矿和能源。

创新的解决方案

采用不同的方法来解决问题常常会遭到怀疑。相反的观点通常包括，“我们一直都是这样做的，为什么现在要改变呢?”或“到目前为止，气候变化的影响表明冬季(冻结期)变短了，平均冬季温度正在下降，为什么还要担心回归期呢?””

针对第一个论点，一个积极的变化;特别是能够帮助我们的客户在众多领域成功完成具有成本效益的项目，这一点绝不应被忽视。作为对第二个问题的回应，气候变化的争论是一个有争议的问题。虽然北方气候的冬天确实会变暖，但我的分析表明，我们仍然会经历与过去相似的极端高点和低点。因此，评估历史天气数据来评估回归期在估算霜冻渗透深度时具有许多优势。

如果您想了解更多信息，请与我们联系。我们的新方法可以为您的下一个项目提供强大、经济和可持续的基础。

欲了解更多信息，请阅读Andrew Peach于9月在2021年GeoNiagara会议上发表的论文:

”粗粒土结霜深度预测的修正Berggren方程及设计空气冻结指标综述”