疏干排水孔群整治路基冻胀的效果分析

根据兰新铁路路基土的冻胀特性,阐述了疏干排水孔群治理路基冻害的方法和机理,通过分析兰新线试验段内路基含水量的变化,同时通过在试验段上行用疏干排水孔整治和下行未整治作对比,来分析试验段冻胀量的变化,得出疏干排水孔群方法治理路基冻胀具有显著的效果,为其他铁路病害的治理起到一定的借鉴作用。     

疏干排水孔群在南疆铁路某段路基冻害治理工程中的应用

文章根据南疆铁路某段路基冻害的特点,结合新型排水材料-软式透水管而研发了疏排水及隔水的工程措施“疏干排水孔群”,分析了该工法的作用机理,并进行了详细的工程布设,在治理该段冻害工程中取得了较好的效果。     

高密度电法进行冻害勘测可行性探讨、机理与防治对策

本文以乌精二线冻害为研究对象,通过讨论冻害的电性特征:冻害表现区多以低阻闭合圈的形式存在,其电阻率一般小于20Ω-Μ,局部小于5Ω-Μ,对高密度电法在冻害勘测中的应用进行可行性研究:通过电阻率变化可以判断路基的相对变形程度以及软弱层的位置、含水程度等,从而确定路基灾害的周界和发育程度。并通过实例探讨了解释方法、形成机理:引起冻害的因素主要为土质、冰冻温度及水分的迁移、水源等。最后提出了冻害的防治对策:疏干排水孔、石灰挤密桩、防渗墙、排水沟、不良土质换填、路基施工与养护。     

锦屏二级水电站引水隧洞减压孔布置方案优化

以锦屏二级水电站引水隧洞为研究对象,以衬砌最大压应力为目标,对减压孔布置方案进行优化分析。考虑减压孔孔径、间距和入岩深度的影响,通过正交设计数值试验,确定这几项因素对衬砌外缘水压力的影响程度从大到小排列顺序为:减压孔入岩深度、孔径、间距,且随着孔隙水压力的增大,不同布置方案对泄压效果的影响逐渐减弱,衬砌安装1周后,其影响范围达到0.3 MPa。因此,为降低衬砌外缘水压力,保证衬砌的安全性,宜优先考虑增大减压孔的入岩深度。通过极差分析,得到各因素对衬砌结构安全性的影响,并确定减压孔最优布置方案为间距2.86 m、孔径0.2m、入岩深度0.2 m。     

双线隧道下穿施工对铁路路基沉降影响数值分析

随着山区城市轨道交通快速发展,轨道交通区间隧道下穿既有铁路工程越来越多。由于山区城市特殊的地质条件和周边复杂环境,区间隧道布置受到限制,左右线隧道水平距离较近。与单线隧道施工比较,双线隧道施工引起既有铁路路基沉降更为复杂。左右线隧道的水平距离对下穿既有铁路引起铁路路基沉降影响规律尚不清楚,还需进一步研究。依托山地城市贵阳轨道交通3号线区间隧道下穿既有铁路工程,建立三维数值模型,分析铁路路基沉降特点,研究不同水平间距双线隧道下穿施工引起既有铁路路基的沉降变形规律。研究发现随着双线隧道水平间距减小,沉降槽范围增大,铁路路基最大沉降值逐渐增大。随着双线隧道水平间距增加,铁路路基沉降最大值位置由隧道中心线对应路基向左线隧道、右线隧道中心线相对应的路基位置转移,路基横向沉降曲线呈V型-U型-W型变化。当隧道水平间距小于15 m时,路基横向沉降曲线呈V型,应加强支护措施,减小后行隧道施工对既有铁路路基沉降产生的叠加效应,将铁路路基沉降控制在允许范围。     

热力交互作用下冻土路基融化沉降分析

基于大变形融化固结理论建立了多路基结构相互作用融化沉降数值模拟平台,并研究了公路和铁路路基不同相邻间距条件下的融化沉降规律.通过分析计算结果表明,过近的路基相邻间距会加速下覆冻土层的融化.随着相邻间距的增加,两种路基间热学场的影响将逐渐减弱.对于相邻间距较近的情况,路基变形场相对于路基中心的不对称性随时间持续增大.随着路基相邻间距的增大,变形场的不对称性发展逐渐减弱.根据本文的计算算例,当两种路基间距大于20m时,不同路基间的热学和力学场之间将不会产生显著的相互叠加影响.因此,建议在多年冻土区构筑物密集修建地区,构筑物间的安全修筑距离应大于20m.     

基于K/N系统和MARS算法的长区段路基边坡稳定可靠性评价

针对路基边坡土体空间变异导致有限宽度失稳的特征,将路基长边坡划分为彼此相邻的独立单元;运用适应高维非线性的MARS算法,基于少量代表性边坡样本,建立单元边坡几何、材料参数与可靠指标β的显性表达式;采用可接受部分单元边坡失稳的K/N(F)系统模型,开展长区段路基边坡系统安全性的概率评价.结果 表明:长区段路基边坡沿线路纵向的潜在失稳长度主要受土性水平相关距离影响,路基边坡系统宜按50 m进行单元划分;基于MARS算法的预测方程可实现众多单元边坡β的高效计算,验证误差不超过±10％;路基边坡系统失效的发生概率随单元失稳个数增加而快速降低,研究区段内路基单元长度取50 m时,边坡累积失稳个数占比大于0.149％(即4个)的发生概率不大于3％,为偶然事件.     

寒区路基地源热泵系统冻胀防控效果

为解决目前寒区路基冻胀病害难以根除和缺少冻胀灾后抢险措施的难题,设计了一种寒区路基地源热泵系统。结果表明：路基热泵宜采用直接膨胀式换热形式,实体装置可以自动化地输出40、 50、 60℃等不同水平供热温度,制热系数大于3.0,实现对地热能的高效收集、转化与传递。热泵运行第1、 5、 10 d的热作用半径分别达到0.76、 1.64、 2.30 m。案例模拟表明,在天然条件下路基中心冻结深度为0.89 m;而在人工供热条件下,冻结深度减小至0.2 m以内,土体升温幅度和热扩散范围随供热温度的提高而增大。实际应用中,面向冻胀快速解冻与应急抢险时,热泵沿路基纵向间距宜取2.0～4.0 m,供热容量设计为1.0～2.0 kW。     

地下水开采引起铁路路基沉降的数值分析

为研究过量开采地下卤水对德大铁路DK228+700-DK257+529区间段发生区域性沉降的影响,基于铁路路肩精密水准测量结果,采用有限差分软件FLAC~(3D)进行数值模拟的方法,研究了抽水过程中土体及铁路路基沉降的特性.研究结果表明:卤水井抽水造成地面沉降的范围和沉降量受水井数量和水位变化的影响,且主要受水位变化的影响;受抽水影响,处于-25.2~-2.5 m内的浅层土体发生较大的压缩,是造成土体沉降的主体部分;铁路路基沉降尚未达到稳定,沉降仍会继续.这可为因抽水造成的路基沉降的预测和治理工作提供重要参考.     

砖石古塔纠偏中的掏土孔参数研究

结合某砖石古塔纠偏工程,对掏土纠偏过程中孔深、孔径、孔间距等关键因素的作用机理进行数值模拟分析,主要结论如下。(1)孔深决定地基削弱层的面积范围。掏土孔深度宜略微超过塔体重心投影位置;(2)孔径大小对纠偏的速率控制有关键影响;孔间净距的改变对地基土体的削弱影响较大,对掏土层的有效截面大小有控制作用。孔径与孔间净距应综合考虑。过大的孔径与过密的成孔都是不必要的。(3)孔间塑性区部分重叠能够加快土体内力重分布,加剧塑性变形。     

季冻区高速铁路路基冻融变形特征研究

为研究季冻区高速铁路路基冻融病害及其变形特征,以兰新高速铁路K1934+190无砟轨道路基断面作为研究对象,在已有的水分迁移控制微分方程、瞬态温度场控制微分方程及土体单元应力-应变方程的基础之上,建立了无砟轨道路基受水分、温度及应力影响的数学计算模型,通过模拟和现场监测对比分析了自2019年10月初至2020年5月初路基的动态变化规律。结果表明,由于水分场、温度场对季冻区高速铁路路基的耦合作用,致使路基水分变化、温度变化及由此产生的温度场重分布、水分场重分布是导致路基发生冻胀融沉的关键因素,其变形在时间域上呈规律性变化,这一结论可为研究冻土地区高速铁路路基冻害治理提供参考。     

青藏公路高路基病害的形成及其机理

为研究以纵向裂缝为主的青藏公路高路基病害的形成及其机理,在大量实地调查研究的基础上,分析了高路基病害形成的原因,分析认为高路基病害不仅与融化盘有关,还与融化夹层、冻结核和冻土环境等相关。研究结果表明:高路基病害与路基高度及坡向直接相关;路基高度大于2.5m的路基内高路基病害占总量的75.7%,且阳坡侧病害占总量的66.5%;当路基高度小于临界高度时,融化盘及其偏移是形成路基病害的主要原因;反之,在高温冻土区,融化夹层则是主要因素,而在低温冻土区,冻结核形成的"凸"滑动面与阳坡侧坡脚下融化盘的联合作用引发了一系列高路基病害;施工质量与冻土环境的破坏等构成了影响高路基病害的人为因素;高路基病害的治理应因地制宜,结合病害的形成特点采取不同的治理方案。     

边坡失稳段路基的排水系统设计

分析了处于不稳定边坡地段半填半开挖类路基的破坏机理 ,指出了边坡地下水向路基的侧向渗流是诱发该类路基灾害最活跃、最关键的因素 ,阐明了在对该类路基排水系统设计的同时进行边坡排水系统布设 ,可以有效降低和防止路基水毁灾害的发生。以重庆某高速公路滑移边坡路段的路基排水系统设计为例 ,对此做出了验证。     

考虑蠕变损伤作用的高山草甸区路基冻胀特性——以贡觉至芒康公路为例

冻胀融沉现象是高山草甸区路基的主要病害,是急需解决的重要问题。对于季冻区路基,蠕变作用使得路基冻胀变形更加复杂,因此,建立一种考虑蠕变损伤作用的冻土数学模型尤为重要。将冻土视为非线性弹性体,考虑冻土体蠕变损伤作用,分别从水分场、温度场、应力场角度,基于各物理场的微分控制方程式及其之间的联系方程,建立冻土在三场耦合下的数学模型。基于该数学模型对高山草甸区路基进行数值计算。研究发现,路基的最大冻深位置在路基表面以下1.2 m处,冻结锋面推移最大深度达到距离路基顶端以下0.6 m处;在左右路基顶角、新旧路基填土交界处及坡脚拐点处易出现应力集中;最大水平位移约为6.44 mm,最大竖向位移约为15.8 mm,大致出现在两侧坡面与路基顶面交界角处,应重点加强两侧坡面及路基顶面交界角处的防冻胀处置措施。     

季节性冻土地区高铁路基沉降研究

以哈大高铁苏家屯段为研究对象,利用有限元软件ADINA对其进行三维模拟,结果表明,未经CFG桩处理的高铁路基沉降值不符合规范要求.通过改变CFG桩参数(褥垫层模量、褥垫层厚度、桩径、桩间距、桩长),利用有限元软件进行多次二维模拟,得到各参数与路基沉降的关系.最后将CFG桩的参数进行组合,模拟出路基在CFG桩各参数组合条件下的路基沉降值.模拟结果表明,当褥垫层厚度为350mm,褥垫层变形模量为120MPa,桩间距为2m,桩径为05m,桩长为95m时,路基沉降量最小.     

振动压实黄土路基变形特性与预测模型

为揭示列车荷载作用下黄土路基变形规律及其影响因素。以西韩城际铁路沿线黄土为例,选择适当的试验参数,研究振次、路基深度和含水率对振动压实黄土路基弹性变形和累积塑性变形的影响和变形量,并提出累积塑性变形预测模型。结果表明：振次增加变形减小,在大于2000后趋于稳定;深度增加变形减小,深度从0.5m增加到3.5m,弹性应变、塑性应变分别减小了87%、94%;含水率增加会增大黄土路基变形7%以上;不同层位的黄土路基累计变形预测模型与实测值相关性超过90%。因此,黄土路基应注重防水排水措施,减少路基不均匀沉降,提升整体稳定性。     

移动荷载作用下既有高速铁路路基拓宽计算分析

通过有限元软件PLAXIS对土工合成材料加筋既有高速铁路路基的加筋效果和动态响应特性进行分析,以具体拓宽道路为例,对比有限元仿真模型计算结果与典型试验结果,验证了有限元模型的准确性,并对比了三维与二维模型的差异,研究了既有高速铁路加宽路基在移动荷载作用下的动态响应特性。结果表明：在列车动荷载作用下,变形不仅发生于荷载正下方路基,路基两侧的坡面上也伴随变形发生,且靠近加宽路基一侧的坡面变形更明显,相对整体而言,加宽路基处更容易发生过大的变形而导致失稳破坏。路基表面应力变化有一定滞后性,动应力衰减系数与列车速度呈正相关。相较于列车静载,列车动荷载产生的路基表面峰值应力更大。路基沉降与路基高度总体上呈现出正相关趋势,随着高度的降低,沉降减少。路基坡面横向变形随列车的运动响应较快,最大横向变形发生在路基上部。利用土工格栅对既有高速铁路加宽路基加筋,可显著改善路基变形特性,结合经济效益分析,在中上部进行加筋效果较优。     

路面结构新型排水系统性能及影响参数分析

路面结构中存在水分将会影响道路基层与路基土体的性能，造成土体弹性模量降低、承载能力减弱。随着时间的推移和路面车辆荷载的作用，路面结构将出现不同程度的破坏，例如开裂、车辙、坑洼、不均匀沉降等，因此需排除路面结构中存在的水分。传统的路面排水措施主要有：（1）路面侧边沟排水；（2）碎石排水基层排水；（3）采用土工织物进行排水。然而传统的排水措施仅限于在土体饱和条件下排除水分，在实际环境中道路基层与路基常常处于非饱和状态下，从而提出要在非饱和条件下排水的新技术。基于非饱和渗流理论，提出采用复合土工合成排水材料的新型路面排水系统，该系统由三部分组成，从上而下依次为水力传导层、毛细防渗层和隔离层。开展了新型路面排水系统模型试验、数值模拟以及参数分析，来研究降雨入渗条件下新型路面排水系统性能及影响参数。室内模型试验采用自制模型箱，通过控制自来水管水流速来模拟降雨，配合埋藏在土层中张力计和含水量监测仪，实时监测基层与路基中基质吸力和含水率；数值模拟建立与室内模型相同大小的数值模型，在相同降雨边界条件下监测基层与路基中基质吸力和含水率的变化规律；参数分析采用控制变量的方法，分别分析了Van Genuchte参数“a”、土工织物饱和渗透系数k_s、土工织物厚度k_t对水力传导层排水能力的影响。研究结果表明：新型路面排水系统可将入渗水快速有效排除，基层材料在试验过程始终处于非饱和状态，并在降雨停止后第10min基层的基质吸力开始回升；新型路面排水系统能够防止水下渗至路基， 降雨过程中路基土的吸力始终保持在初始吸力值；采用新型路面排水系统时，基层体积含水率在降雨过程中不断上升但未达到饱和体积含水率，路基体积含水率则保持不变；土工织物参数“a”值与饱和渗透系数对毛细屏障作用的影响较显著，随着“a”值和饱和渗透系数的增大，土工织物与土体接触面形成的毛细屏障越弱、排水越快，但当“a”值过大则无法发挥阻挡水流渗入路基的作用，结合数值结果以及其他文献研究建议“a”值取10kPa左右，饱和渗透系数取0.01~0.1m/s范围；而土工织物厚度改变对毛细屏障作用并不显著，结合实际制造工艺建议土工织物厚度取10~15mm为宜。     

基于时间序列模型的青藏铁路路基变形预测

为分析青藏铁路路基高程不规则变形,通过建立高程—时间响应模型,基于Box-Jenkins建模方法,确定时间序列模型阶数,根据AIC准则,选取适合的时间序列模型,最后给出批量预测全部路基测点高程的算法步骤。研究了青藏铁路路基高程随时间变形规律问题。结果表明：以2010年—2018年每月青藏铁路K1425+050处左侧路基高程数据为例,建立了ARMA(2,1,1)模型,并以2019年数据作为验证集,模型通过了模型适应性检验,证明了模型的有效性和准确性;总结了青藏铁路沿线各测点至2023年12月预测值中可能出现重大变形以及测点左右两侧路基高程差值出现较大差值的10个危险点;在测点K1476+600附近,路基两侧出现明显长距离的差异。可见本模型能准确预测青藏铁路路基高程的变化,对于工程养护维修具有一定借鉴意义。