非饱和地基路堤临界填筑高度及参数分析

针对非饱和地基上的梯形路堤,提出其临界填筑高度计算的基本假定,进而考虑地基土的非饱和特性与实际侧压力系数,建立了均匀和线性2种吸力分布下地基临界荷载及路堤临界填筑高度的解析公式.所得解析公式具有很好的可比性,通过实例比较验证了解析公式的正确性及所给公式适用条件的必要性.参数分析结果表明:基质吸力及其分布、侧压力系数和吸力角对临界填筑高度的影响均很显著;忽略非饱和特性而按饱和土地基进行的路堤设计偏于保守,均布吸力较线性吸力的影响更明显;侧压力系数应选择以满足公式适用条件的真实值,吸力角的影响与基质吸力及其分布密切相关.     

青藏铁路安多段深季节冻土特性及工程措施

深季节冻土地基的冻胀和融沉循环特性对建筑物极为不利.以青藏铁路安多段为工程背景,总结了安多段深季节冻土的工程特性,阐述了深季节冻土的冻胀、融沉和主要特点,分析了深季节冻土对铁路路基的影响,从季节冻土地区路堤最小高度和地基沉降控制角度提出了合理的工程措施.     

高寒季节性冻土地区铁路路基冻胀解决方案

结合滨洲铁路工程实践,分析了冻害形成机理及其影响因素,阐述了高寒季节性冻土地区铁路路基设计原则。提出高寒地区季节性冻土铁路路基冻胀病害解决措施,主要包括限制路堤最小高度、改善路堤填料、优化隔水层设计、加强排水系统设计、保温设计、低路堤及路堑设计等。运营结果表明采取的措施是有效的。     

风区路堤台阶式边坡优化设计

基于三维定常不可压缩雷诺时均N-S方程和κ-ε双方程湍流模型,对在20m/s风速下10m高路堤上以300km/h车速运行的三车编组高速列车气动性能进行了模拟,并对路堤边坡结构形式进行了设计与优化.数值算法经验证与试验规律基本一致,幅值相差不超过10%.结果表明:路堤两侧设计成台阶对于改善列车气动性能效果显著.位于路堤不同线路上列车气动力和力矩随边坡台阶高度变化规律基本一致;各节车对应的相对最优台阶高度以及其所受气动力及力矩随台阶高度变化规律存在明显差异;台阶高度在3~5m间的边坡设计对改善路堤上运行的列车气动性能具有明显效果.边坡两侧顶部设计成台阶有效改善了列车气动性能;路堤边坡底部设计成高度相对较大的台阶对路堤上运行的列车气动性能有一定改善.     

保护冻土的保温原理

在多年冻土地区修筑路堤、设置保温层是保护路堤下多年冻土上限不变甚至上升的隔热保温方法，其保温效果取决于隔热层对下部多年冻土年平均地温和温度较差的改变状况，作者阐述了保温方法的工作原理，并依据该原理探讨了最小路堤高度和最大路堤高度存在的可能性及其适用范围，北麓河试验场的观测资料较好地验证了理论探讨。     

航空煤油池火焰高度特征研究

在燃烧风洞试验厅开展了无风和有风条件下的航空煤油池火燃烧实验,油池直径分别为0.15,0.20,0.30和0.60 m,风速范围在0～3.5 m/s.结果表明,不同直径油池均存在临界Ri-1值,小于此临界值时,无量纲平均火焰高度随ln Ri-1的增加而线性减小,大于此临界值,无量纲火焰高度基本保持不变;随油池直径增加,临界Ri-1值变大,稳定的无量纲平均火焰高度减少.理论推导了无风条件下火焰高度与油池直径、燃烧速率的函数关系,表明火焰高度Hf/D随Fc数的2/3次方变化,拟合给出了相关参数值,建立了无风条件下火焰高度的预测模型,并拟合建立了有风条件下池火焰高度的预测模型.     

路基宽度对多年冻土区站场路基温度场的影响

青藏铁路路基的热稳定性受到气温升高的影响.站场路堤比普通路堤宽度大,受气温升高影响更大.以清水河站场试验点为工程背景,对站场和普通路基3个冻融周期的现场测试温度进行分析比较.参照前人对气温预测计算公式,作为青藏铁路站场路基进行热分析的边界条件,运用数值计算方法近似求解计算站场路基20 a后的热状况,同时与普通宽度的路基作比较.结果表明,站场路堤的多年冻土的人为上限比普通路堤高,最大融深比普通路堤大,说明路基的宽度是加速冻土破坏的一个重要影响因素.     

循环流化床临界流化速度的试验研究

为了克服利用经验公式计算临界流化速度的局限性,在以生物质为燃料的循环流化床试验台上进行了冷态状态下床料(石英砂)临界流化速度的试验研究,选取不同的床层高度和不同粒径的石英砂进行分组试验,通过压降一流速图来分析床层高度和颗粒粒度对临界流化速度的影响,结果表明：临界流化速度随着粒度的增大而增大;而在粒度一定的情况下,床层高度的变化不影响临界流化速度值。     

基于Kriging模型的挡风墙优化设计

将基于Kriging模型的近似技术引入到挡风墙的优化设计,其关键步骤为:采用最优拉丁超立方试验设计,选取均匀、随机和正交的参数试验样本点,用初始样本点的目标值建立Kriging近似模型,结合优化算法,得到最优参数;在挡风墙的优化设计中,选取路堤和挡风墙为设计变量,倾覆力矩为目标值,建立Kriging模型,应用序列二次规划算法,得到不同路堤下的最优挡风墙高度.研究结果表明:本文方法在挡风墙的优化设计中是高效、可行的,并得到了不同路堤高度下,最合理的挡风墙高度;路堤高度越高,倾覆力矩对挡风墙高度变化的灵敏度越高,最优挡风墙的高度越小.     

不同填土高度下钢波纹管变形与力学性状的数值分析

利用FLAC3D对填土高度1~10 m下的钢波纹管涵进行模拟,研究不同填土高度下钢波纹管的变形和力学性状.研究结果表明:钢波纹管顶部节点竖向位移最大值在路堤中心断面处,且当填土高度大于6 m时,竖向位移沿轴向逐渐减小趋势较为明显;填土高度小于6 m时,钢波纹管水平位移沿轴向变化较小;填土高度大于6 m时,水平位移变化较为复杂,出现两个拐点;同一填土高度下,钢波纹管路堤中心断面上半部分和下半部分60°~90°范围内弯曲应力较大,水平向弯曲应力最小,且上半部分与下半部分受力状态基本一致;路肩断面上半部分弯曲应力值基本不变,下半部分从0°~-90°范围内弯曲应力逐渐增大,且-60°~-90°范围内弯曲应力值较大,最大值出现在管底处;钢波纹管管顶轴向弯曲应力最小值出现在路肩断面处,最大值出现在路肩至管口范围内;当填土高度大于4 m时,水平节点轴向弯曲应力最大值出现在路肩至管口范围内;管底轴向弯曲应力最大值出现在路肩断面处.     

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.     

Analysis on Ground Temperature Changes and Thermal Effects of Duct-Ventilated Embankment of the Qinghai-Tibet Railway

1Preface TheStatekeyproject Ge’ermu LhasaSection ofQinghai TibetRailwayhasadistanceof550km runningoncontinuouspermafrostregions.Within thispart,permafrosthasthemostsignificant impactonthestabilityoftheroadbed.Thedouble effectsofglobalwarmingandtheconstructionof therailwaywillmakethepermafrostdegrade,causingthedesigningandconstructionofthe roadbedextremelydifficult[1].Thenaturalthermal regimesofpermafrostandgroundiceareimportant factorsthatwillaffectthestabilityofroadbed.Theselectionofroad…     

青藏铁路多年冻土区典型结构路基振动响应特性

在青藏高原的寒季和暖季条件下,对青藏铁路北麓河段的块石路基和素土路基进行了强震动测试,运用二维等价线性时程响应动分析法对2种典型结构路基进行了动力响应的数值计算.结果表明,从路肩到坡脚的机车荷载传递具有明显的衰减效应,并且暖季衰减大于寒季.在路基中心的原地表处,块石路基的振动衰减效应大于素土路基.     

Experimental Study on Riprap Air-Cooled Roadbed of Qinghai-Tibet Railway

The riprap air-cooled roadbed and common roadbed experimental project were designed and carried on in Qingshuihe test filed, an area of warm permafrost category with the fine frozen soil along Qinghai-Tibet Railway, to decide the temperature field of the roadbed after railway construction. Based on ground temperature variation of natural hole, left and fight shoulder＇ s hole, the maximum thawing depth, and the deformation in these two kinds of roadbed were analysed comparatively. It showed that the riprap air-cooled roadbed had better effect of lowering ground temperature, lifting the maximum frozen-thawing depth obviously and decreasing deformation than that of the common roadbed. Therefore, the riprap air-cooled roadbed was a positive frozen soil protection measure for it effectively decreased ground temperature and protected permafrost.     

Discussion on Theoretical Analysis and Calculation of Settlement and Cracking in Subgrade in Permafrost of the Qinghai-Tibet Plateau

Thedeformingprocessofroadbedsbuilton altitudepermafrostisverycomplicated,whichis relatedtothemechanicsofnon saturatedsoil underlowatmosphericpressure.Thedeformation ofroadbedisalsocloselylinkedtowatermigration andthermalsieveeffect.NowbothinChinaand abroad,there’ssomeunderstandingofwater migrationandthermalsieveeffect.Butsofar,no researchwaseverdoneontheirimpactson roadbeddeformation,northere’sanyresearchon themechanicsofnon saturatedsoilunderlow atmosphericpressure.Thestabilityofroadbedis …     

青藏高原多年冻土区路基温度场数值模拟

根据青藏公路沿线近30年的气象资料，考虑太阳辐射、气温、风速、风向、蒸发等第二类、第三类边界条件，结合路线走向、路基高度、路面类型状况，对青藏公路五道梁地区路基温度场进行有限元分析。经验证，计算结果与路基温度场实测资料基本一致。有限元分析表明，在年周期内路基边界处的温度仍然可按正弦曲线较好地加以拟合；路线走向对冻土路基温度场的对称性有着重要影响，东西走向路基阴阳坡效应最为显著，南北走向路基的温度场基本对称；当路基存在坡向差异时，其阴阳坡效应的强弱与季节密切相关，夏季较弱，冬季较强。     

青藏铁路清水河段多年冻土区站场路基的试验研究

通过对青藏铁路清水河段站场路基的初步试验,获取了地温变形数据,探讨站场路基的冻结和融化过程的规律.实验表明:站场路基下冻土人为上限发生了上移,多年冻土得到了保护,为类似路段多年冻土工程提供借鉴.     

Permafrost changes and engineering stability in Qinghai-Xizang Plateau

Climate change and engineering activities are the leading causes of permafrost temperature increase,active layer thickening,and ground-ice thaw,which trigger changes in the engineering stability of embankments.Based on the important research advances on permafrost changes and frozen soil engineering in Qinghai-Xizang Plateau,the changes in permafrost temperature and active layer thickness,their relationships with climate factors,the response process of engineering activities on permafrost,dynamic change of engineering stability of Qinghai-Xizang Railway,and the cooling mechanism and process of crushed-rock layers are discussed using the monitoring data of permafrost and embankment deformation.Finally,solutions to the key scientific problems of frozen soil engineering under climate change are proposed.