牙林铁路育林段冻土路基病害整治探讨

结合牙林铁路育林段路基冻害,分析高纬度区多年冻土水文地质特征、年冻土类型、冻土物理力学参数及多年冻土的冻胀性、融沉性。提出多年冻土路基病害原因及整治方案。     

高原冻土地区路基施工

我国高原地区分布广泛，高原冻土地区地基施工一直是高原公路建设的一个技术难题，本文以青藏高原某公路多年冻土区地基施工为例，首先介绍了多年冻土区病害特征，详细介绍了融沉问题和冻胀问题，最后总结了冻土地区路基设计的原则。     

青藏公路沿线多年冻土的变化和现状

在全球气候转暖,特别是在沥青面层铺筑的影响下,青藏公路路基下多年冻土与原始状态相比有了很大的变化,除个别路段外大部分退化显著,沿线多年冻土的分布和状态已十分复杂,其分布和冻土年均地温、冻土上限深度等性质具有明显分段性.研究其分布和性质的演变规律与现状,对青藏公路多年冻土病害整治和青藏铁路建设具有重要意义.     

青藏公路多年冻土路基内的热状况

基于青藏公路沿线2组地温观测孔5年的地温观测资料,定量分析了高温冻土区和低温冻土区路基内的热状况.结果表明:路基近地表地温明显高于对应天然地表下的地温,路基近地表经历的融化期长于对应天然地表,高温冻土区路基内已形成贯穿融化夹层;进入路基内活动层的热收支呈明显热积累状态;进入高温冻土区路基下伏多年冻土内的热收支处于持续不断的吸热状态,进入低温多年冻土区的热收支也呈现出吸热明显大于放热的周期性变化;高温冻土区接近0℃的地温及其持续不断的热积累是引起下伏多年冻土不断融化的主要原因,低温冻土区进入多年冻土的热积累暂时以增高地温耗热为主,随着地温的增高,低温冻土区也可能发生强烈的冻土融化.     

不同路面和幅宽条件下冻土路基传热过程研究

随着我国多年冻土区高速和高等级公路建设的发展，冻土路基稳定性成为工程建设的关键科学问题. 应用有限元计算分析发现，沥青路面下路堤底面的年均热流量为砂砾路面下的3倍；高等级公路在路面宽度较普通公路增加1倍的时候，底面年平均热流量增加60％，且增加的热流主要集中在路堤底面的中心部位，并产生“聚热效应”，导致多年冻土的退化进程加快0.6倍；这种关系不会因路堤高度增加而减弱. 因此，在多年冻土区修建高等级公路，会带来更为严重的工程病害，在工程建设中必须充分重视，并采取积极的防治措施，才能确保工程的长期稳定.     

多年冻土地区路基变形研究

本文对多年冻土地区路基开展全面调研,对路基病害进行了专项调查,全面分析了路基变形组成及其主要影响因素.通过对冻土的工程性质研究,结合多年冻土地区的环境条件,对该路基变形计算方法进行了探讨.最后,本文提出了控制多年冻土地区路基变形的工程措施.     

青藏铁路路基工程可靠性分析思路浅析

青藏铁路沿线多年冻土具有强烈的时空变异性,多年冻土变异性受到了许多不确定因素的影响。气候变化不确定性、工程影响本身的不确定性、冻土工程性质变化的不确定性以及多年冻土变化的不确定性等,必须依靠不确定性的研究方法来实现,因此,必须引进可靠性评价的思路来分析路基稳定性变化。主要分析了青藏铁路多年冻土空间变异性和多年冻土工程性质变异性,论述了工程可靠性分析在青藏铁路冻土路基工程稳定性分析中应用的必要性;结合冻土路基工程稳定性特点给出了冻土路基工程可能的失效模式;结合多年冻土区路基设计原则,对冻土路基工程稳定性进行了可靠性设计和评价。     

多年冻土区桥梁抗震研究进展

本项研究从冻土场地效应、冻土对桥梁地震响应的影响、冻土与桥梁结构相互作用3个方面总结了冻土区桥梁抗震的多年研究现状,旨在推动多年冻土区桥梁抗震理论的发展.结果表明:冻土场地地震效应显著,目前多年冻土区桥梁抗震设计中未充分考虑冻土场地效应的影响,且缺乏相应的抗震规范依据.大量数值分析结果显示,季节与多年冻土层均对桥梁地震响应产生显著影响,而目前多年冻土区桥梁结构-冻土体系的耗能机制及破坏特征的研究不充分,仍需大量震害调查和试验研究.对于多年冻土区桥梁工程广泛采用的桩基础形式,冻土层的存在使得地震作用下桩-冻土相互作用机理复杂化,桩-冻土相互作用理论计算模型有待完善.桥梁抗震分析中未充分考虑冻土水热效应的影响(冻土随温度和含水量等水热特性变化引起的力学性能的改变).上述问题都是今后多年冻土区桥梁抗震研究需重点关注的方向.     

解决青藏铁路建设中冻土工程问题的思路与思考

围绕青藏铁路冻土工程地质、气候变化对冻土及铁路路基稳定性、生态环境变化与保护问题,分析了青藏铁路工程建设中存在的冻土工程技术问题,提出了青藏铁路建设中应对这些问题的新思路,采取积极保护多年冻土的主动冷却路基的思路和动态设计思路,并给出了青藏铁路建设中下一步应思考和研究的问题。     

青藏铁路多年冻土区路基温度场的模拟与预测

在多年冻土区修建铁路站场路基,打破了原来天然地表与外界的热力平衡,地下温度场将重新分布.根据此特征可推断多年冻土的发展演化趋势以及评定路基的稳定状况.结合青藏铁路某段站场路基实际监测数据,利用ANSYS软件对2002年～2030年地下温度场进行有限元数值模拟.模拟计算结果表明:路基下冻土上限发生上移,多年冻土得到了保护;在年平均气温增长0.02 ℃的条件下,试验段内冻土人为上限和未受路基影响的冻土天然上限均逐年下降;同时,路基阳坡、阴坡两侧地下温度场分布特征的差异构成了路基不均匀变形和路面裂缝的潜在威胁.     

氯化镁含量对粉质粘土冻胀性影响的试验研究

季节性冻土区铁路路基的冻害问题是困扰工务部门正常运营维护的重大难题。以季节性冻土区青藏铁路环青海湖段路基冻害为背景,根据路基病害处理中采用的注盐法,考虑不同的氯盐含量,进行室内冻胀试验,对土体的冻胀特性进行分析。结果表明,随着含盐量的增加,土体的起胀温度逐渐降低,随着含盐量的增加,可有效降低土体的冰点,验证了注盐法整治路基病害的可行性。     

冻土区路基中隔离层设置的研究

研究冻土区路基隔离层设置对路基稳定性的影响,能为我国冻土区道路病害防治提供一定的参考依据。通过对冻土区隔离层在防治路基病害中的设置方式、厚度和位置的概括和总结,并在此基础上,探讨了今后需要进一步研究的问题。     

多年冻土块石路基蠕变变形研究

由于全球气候变化,以及大规模的寒区工程建设,打破了多年冻土地区原有的地表能量平衡,导致地温升高,冻土上限逐年下降,高温冻土层厚度不断扩大,冻土蠕变变形愈加剧烈。本文通过结合青藏铁路典型多年冻土块石路基路段特征,采用变换等效导热系数法来综合考虑块石通风区的换热性质,数值模拟多年冻土路基多年蠕变变形,进行其10年、20年和30年的温度场和变形场预测,分析其蠕变情况。     

青藏铁路运营期间冻土路基裂缝问题研究

运营期青藏铁路冻土区路基工程最值得关注的变化是不同部位裂缝的发生和发展以及对线路安全运行的影响.通过对不同时期青藏铁路多年冻土区路基工程裂缝发生发展影响因素的分析,认为冻土区路基工程基底地温场的不对称以及基底土体冻融过程不同步是路基工程变形裂缝发生的主要原因,路基坡脚和周围冻土水热环境变化是裂缝发展的拉动力,路基填料性质也是不容忽略的因素;根据运营期间冻土路基热状态和工程状态分析,对运营期青藏铁路冻土路基工程状态进行了初步评价,并提出了减少或消除地温场的不对称及保护路基坡脚冻土环境,从而抑制冻土路基裂缝的工程对策.     

青藏铁路运营以来冻土路基变形特征及其来源探讨

路基变形是路基稳定性的外在表现形式。基于青藏铁路多年冻土区路基变形与温度监测资料,分析了铁路路基变形总体特征,并探讨了路基变形的来源。该研究为青藏铁路路基稳定性判断及病害预警提供数据支持,为铁路工程的维修养护提供依据,也为变形理论分析提供必要的科学依据。研究结果表明:青藏铁路自通车运营以来路基变形总体上趋于平稳,仅有2个断面的变形超出规范要求,但仍有部分监测断面的沉降变形处于发展之中。(部分路基断面不均匀变形明显,表现为路肩纵向变形和路基横向变形差异较大。路基变形较大的断面,其变形主要来自路基下部因多年冻土人为上限下降而引起的高含冰量冻土的融沉变形、融土的压密变形以及下部多年冻土的压缩变形。路基变形较小的断面,其变形主要来自路基下部多年冻土与残余冻土的压缩变形。)     

柴木铁路高原多年冻土区路基施工技术

介绍了柴木铁路多年冻土区路基的施工工艺,包括填方路基、挖方路基、石质冻土路堑的施工方法。     

高纬度林区多年冻土片块石路基降温效果及变形特征

在边坡滑塌、不均匀沉陷等路基病害极易发生的多年冻土区,片块石路基是一种常见的路基结构,而其在高纬度林区的应用研究还相对较少。本文针对高纬度林区多年冻土体积含冰率高、对温度变化敏感等特征,以高纬度林区某段公路多年冻土片块石路基工程为例,建立冻融循环热力耦合数值模型,分析了片块石路基温度场和应力-应变场的变化规律,研究了路基冻胀融沉的热力学机制。结果表明：高纬度林区多年冻土片块石路基的温度场,在地下2 m内受地表温度影响显著,而地下2 m以下受影响较小,温度稳定在-1.5 ℃。多年冻土片块石路基的变形以融沉为主,在11月达到最大值,为13.5 mm;而冻胀量在4月达到最大值,为7.5 mm。路基融沉主要归因于冻土的融化,而路基冻胀是由于路基结构本身的冻胀变形引起的。因此,在高纬度林区多年冻土路基采用片块石冲压层和填筑层的结构是可行的,对路基下冻土起到良好降温效果的同时,路基的变形量也控制在了规范要求范围内。     

用冷却路基的原则修建青藏铁路

青藏铁路将要穿越的多年冻土半数以上属高温冻土，有40％为高含冰量冻土。在全球转暖的情况下，青藏铁路的修建必须考虑50～100年的气候变化。最近的预测认为：至2050年青藏高原将升温2.2～2.6℃，因而，铁路成败的关键在于能否保护多年冻土使其不融化。世界上在冻土区筑路已有百处以上的历史，但报道的冻土区铁路的病害率平均在30％以上。根据国内外多年冻土区筑路的经验和教训提出，青藏铁路的设计应该改变单纯依靠增加热阻（增加路堤高度，使用保温材料）消极的保护冻土的思路，而应全面采用“冷却路基”积极的“降低地温”的原则，特别是在高温、高含冰量 地段必须如此，进一步提出了通过改变路堤的结构和材料来调控辐射，调控对流和调控传导，以达到“冷却路基”的具体措施。     

青藏铁路多年冻土区路基排水设施病害及治理措施

受气候变暖和工程活动的影响,冻土极易发生融化而产生融沉变形,并诱发多年冻土区工程构筑物的破坏。在青藏铁路建设阶段,路基的排水沟主要采取"U"型混凝土侧沟、混凝土块拼装式侧沟等柔性结构,但由于受到地基土往复的冻胀、融沉作用,这些路基排水沟破损严重,后期的维修和养护工作困难。本文针对青藏铁路多年冻土区发育的路基排水沟病害,基于大量的野外病害调查工作,分析总结了排水沟病害的主要类型及其诱发因素,最后提出了几种有效的防排水措施,对于确保青藏铁路的长期安全运营和日常的养护维修都具有重要的指导意义。     

基于反演参数的多年冻土路基长期温度场预测

利用青藏铁路清水河试验段路基3 a的现场温度场及沉降监测数据,采用模拟退火算法改进的BP神经网络算法反演了冻土路基的热力学参数,并在反演参数的基础上应用有限元法模拟预测了冻土路基在不同保温处理方案下的长期温度场变化情况.结果表明:保温材料路基阴阳坡地的温度场差异小于素填土路基,多年冻土季节性活动层厚度也远低于素填土路基;保温材料路基施工后3 a内仍将发生冻融变形,形成路基病害,但破坏程度低于素填土路基;50 a后,保温材料路基将与青藏高原气候环境达到新的热平衡状态,施工对多年冻土造成的破坏可得到修复,路基稳定性良好,但素填土路基仍存在较厚的季节性活动层,这将会使路基发生严重的变形破坏;保温处理方案可较为有效地减少冻土路基的不均匀沉降.