岛状多年冻土区埋地正温输气管道由于管道不断向周围冻土散热,且大气温度周期性变化,管道周围冻土发生周期性冻胀融沉现象,为确保管道安全运营,必须开展多年冻土区管道变形机理研究。本文根据西北青海某输气管道在岛状多年冻土区(拉脊山区域)病害的现场调研情况、典型地段监测数据分析结果、数值模拟分析结果,并结合实际地质、气候条件,开展室内模型试验研究。利用室内低温环境模型箱,制作管-土缩尺比例模型,设置环境温度及其变化模式,埋设温度、位移、应力测试元件,监测在管道热源及环境温度变化影响下,管道周围土体的温度变化及影响范围、周围土体变形、管道变形及其应力变化、地基土含水量变化,并提出岛状多年冻土区输气管道病害的防治措施。本文得到以下几点结论:(1)常规土工试验测得该输气管道拉脊山段管道周围土样的物理力学参数。(2)该地区多年冻土为高温不稳定冻土,对该输气管道(拉脊山区域)垂直管道走向的半幅断面进行温度监测,采集一个冻融循环周期数据进行分析,得到管道周围土体受大气温度与正温管道热扰动影响下温度场的变化规律:年内9月初管道周围融化圈最大,最大融深可达到6-7m;9月初-次年3月中旬,管道周围土体开始回冻,融化圈、横向融化范围以及最大融深均不断减小;次年3月中旬地表温度年内最低,融化圈消失,周围土体完全冻结;次年4月-次年9月,气温回暖,管道周围土体开始融化,融化圈、横向融化范围以及最大融深均不断增大,但4月、5月管道周围仍处于冻结状态。(3)模型试验对低温模型箱中周期性波动的环境气温和模型管道热源条件的控制是成功的。模型管道环向散热,热量在管道周围地基土中传递,使土壤温度升高,导致融化圈的出现,随着试验进行并不断增大。(4)管道下方模型土体在固结沉降过程中伴随着有规律的冻胀融沉现象,导致管道位置在下沉过程中伴随着有规律的抬升下移现象。有保温模型管道较无保温模型管道相应的管道下沉速率减小,中部位置的最终下沉量减小26.9%,各个周期内的位移变化量减小28.8%-51.0%。(5)试验过程中下表面测点的应力值呈不规则的波峰波谷式变化。管道所有测点处的应力变化较环境温度变化有一定的滞后。有保温模型管道研究测点最大拉应力相比无保温模型管道研究测点最大拉应力减小61.4%,最大压应力减小59.1%。(6)因模型地基土初始含水率大,管道周围土体的水分迁移量大,水分集聚现象明显。冻结期在温度梯度影响下冻结区内水分向冻结锋面迁移并遇冷成冰,消融期土体中的冰消融使土体体积减小,土体融沉压缩,导致模型管道发生下沉。(7)保温措施的热阻作用,很大程度减小了周围地基土解冻速率,很好的保护了管道周围地基土,致使减小了管道的不均匀沉降与管道应力大小及变化量,说明保温措施是可行的,值得在管道设计施工中借鉴。