多年冻土路堤水平排水板的作用机理与试验研究

为了解决青藏高原的冻土浅层雨季雨水下渗和蒸发所产生的冻土冻胀与融沉问题,在青藏高原开展水平排水板结构性路基和普通通风路基的原位模型对比试验,并从理论上探讨水平排水板在多年冻土路基中浅层重力排水和结构加劲的作用机理,确定水平排水板的铺设参数;运用光纤监测技术对水平排水板在多年冻土路基中的变形进行监测,对比分析水平排水板铺设与否这2种条件下冻土路基变形监测结果.研究结果表明:铺设水平排水板缩短了冻胀变形的冻结期,延长了相对稳定的稳定冻结阶段,减小了冻胀变形范围和冻胀变形;在铺设水平排水板的路基段,最大融沉变形为3.7 mm,累计最大冻胀变形为5.7 mm,而在未铺设水平排水板的试验路基段,最大融沉变形为3.1 mm,累计最大冻胀变形为9.2 mm.水平排水板在冻土路基工程中,可以有效控制雨水量在路堤下的下渗,减小雨水下渗量所带来的多年冻土路基的冻胀变形.     

路基冻结过程中温度场对变形场的影响

为了研究冻土路基温度场及变形场的动态变化规律，基于伴有相变的路基非稳态温度场控制方程和冻土路基变形场二维数值计算模型，对冬季冻土路基温度场和变形场进行了计算分析，得出路基深层土中的温度变化滞后于表层土和气温；对于冻胀冰锋线分布较广的路基，其破坏易在坡脚处产生；冻胀冰锋线分布范围较小的路基，破坏大致发生在竖向位移较大的路基中部。结果表明，冻胀冰锋线的范围是影响路基变形场的重要因素。     

季节性冻土路基变形监测及其稳定性分析

季节性冻土地基具有冬季冻胀、春季融沉的特性,在其上修筑的路基通常产生沉降和滑移变形,最终导致路基失稳。基于上述原因,通过介绍季节性冻土路基冻胀和融沉产生的机理,以及季节性冻土路基变形监测的原则和内容,并结合墨脱公路的监测结果对季节性冻土路基的稳定性进行分析评价。该研究对季节性冻土路基的设计、施工及稳定加固具有重要的指导意义。     

路基初始含水率对多年冻土路基水热特征及冻胀变形的影响研究

多年冻土路基水热特征与冻胀变形变化规律的研究对于寒区道路冻害成因分析、道路工程设计及冻害治理等方面具有重要意义。本文以青藏公路某典型冻害地段为研究对象,应用含相变冻土路基的水热耦合与冻胀变形理论模型,对周期边界条件下路基初始含水率对多年冻土路基水热特征及冻胀变形的影响规律进行了计算分析。结果表明：在季节性气候变化的条件下,随着路基初始含水量的增加,路基和坡脚位置的多年冻土上界面逐渐上升,路基边界处的冰含量逐渐增加。当路基初始含水率由12%增加到36%时,4月份的路基中心和路肩处冻胀变形量依次增加了17.4mm和20.6mm。此外,路基内初始含水率的变化对路基各边界表面位置冻胀变形的影响程度由大到小依次为路基路肩、路基中心、路基坡脚和天然地表。     

基于小样本人工冻土冻胀率智能预测方法

土体在低温下的冻胀将会对工程设施建设和运营等方面造成不利的影响,由于土体冻胀率受制于众多因素,因此土的冻胀率计算一直是研究的热点、难点.为了解决冻胀率计算难、繁等问题,以69组已知冻胀率样本为研究对象,采用支持向量机回归模型计算方法,随机选取59组样本对建立的径向基核函数和多项式核函数两种预测模型进行训练,再利用训练后的两种预测模型对10组样本进行预测.通过试验值和两种模型训练值、预测值进行对比,结果表明径向基核函数预测模型的预测效果更好.建立的冻胀率预测模型将支持向量机回归模型在人工冻土方面应用进行了拓展,为冻胀率预测提供了一种新的智能方法.     

一种适用于高铁变形预测的组合模型建立方法

针对高铁变形预测中呈现原始数据受噪声影响大与长期预测不准确的问题,提出了一种基于小波去噪的自适应灰色马尔科夫(GM(1,1)-MC)组合预测模型。该模型通过引入小波去噪削弱随机扰动误差的影响,运用自适应GM(1,1)进行预测,进而基于马尔科夫修正模型进行数据修正。通过实验结果与对比分析表明,此模型能够较好地削弱测量过程中由各种因素引起的噪声的影响,实现了残差数据的部分收敛;提升了原始模型的预测精度;在预测主体的后期发展趋势上能够给予较好的预报与评估。     

季节性冻土路基冻胀影响因素分析

路基冻胀是季节性冻土区公路中特有的破坏现象,也是主要病害之一。研究季节性冻土区的冻胀机理及其影响因素,对保障季节性冻土区的路基稳定、控制路基沉降、提高路基耐久性具有重要意义。本文分析了季节性冻土区路基冻胀的几个主要影响因素,从土体土质、土体水分和土体温度三个主要因素分析它们对土体冻胀的影响,为季节性冻土区路基施工提供理论指导。     

铁路路基沉降预测评估方法适用性对比分析

铁路路基工后沉降变形分析评估是铁路轨道工程铺设的必要条件和关键工序之一。文章利用灰色理论、指数法和双曲线法对铁路路基沉降进行研究预测,得出了不同模型的预测精度。从结果来看三种模型中灰色理论能够更好地反应沉降趋势,分析预测精度较好,可为监测提供有效的信息。     

基于初值修正的非等距灰色预测模型

对非等间距灰色模型的预测精度进行了分析,表明初值的选取对模型的精度有重要的影响,进而提出了两种修正初值的方法来提高模型预测精度,得到了一类改进的灰色预测模型。最后给出了一个应用实例,结果表明,该改进模型具有较高的预测精度。     

基于小波去噪的改进灰色自适应变形预测

针对变形量的预测问题,研究了基于小波去噪的改进灰色自适应预测模型.由于监测变形体时很多因素会使测量数据与实际变形数据有偏差,因此首先利用小波去噪方法对变形监测数据序列进行去噪处理,然后再利用灰色自适应模型预测变形量;并对模型的初值进行了修正.最后对一组基坑变形监测数据实例进行分析,表明该方法比单一灰色预测模型更加有效.     

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。     

封闭系统条件下压实黄土的二维循环冻融变形特性及其评价

道路、渠道和土石坝等工程的冻融为二维冻融,为探索土在二维循环冻融作用下的变形规律和评价方法,以宁夏同心黄土为对象,压实度和饱和度为因素,试验研究了压实黄土在封闭系统条件下的二维循环冻融变形特征,变化规律,分析了因素的作用机理和显著性,提出了二维冻融变形评价方法。试验结果表明:封闭系统条件下,压实黄土的二维循环冻融变形以水结冰膨胀效应为主导,竖向表现为冻胀和融沉,水平表现为冻胀和融胀。水平和竖向冻胀变形的比值随冻融循环次数的增加而增大,最大比值约2倍。水平融胀明显地小于竖向融沉,二者的比值平均约0. 43。较一维封闭系统竖向冻融,二维冻融的竖向融沉变形占竖向冻胀变形的比例大,竖向冻融变形波动明显,且冻融体变率高。压实度和饱和度对压实黄土二维冻融变形的影响均非常显著,是主控因素。评价指标合理,能直接或间接表征冻融对土的几何、物理和力学性能的影响。研究结果对宁夏压实黄土岸坡工程的冻害评价与防治具有重要的现实意义,对土二维冻融效应的深入研究具有引导和促进作用。     

冻土冻胀融沉的研究进展

论述了冻土冻胀、融沉研究的现状 ,总结了当前冻胀融沉机理、数值预报模型和防冻害措施的研究成果 ,探讨了目前冻土冻胀、融沉研究存在的不足之处 ,并对今后的研究方向进行了展望。指出应对冻胀水、热、力、位移的耦合作用进行理论和试验研究 ,建立更合理有效的冻胀、融沉预报模型 ,开发预报冻胀、融沉的软件 ,加强实验和工程验证     

原状冻土Ⅰ型断裂韧度KIc试验研究

针对原状冻土没有被扰动、土体内在微细观结构没有发生变化的特点，给出了试样制备与加工、初始裂纹预制及采用着色法测量裂纹尺寸的新方法．通过对当地土质进行分层冻胀量的观测，得出了不同埋深处冻胀量、冻深与时间的关系，并以此来严格控制试样制作及试验时的温度，以保证试验时试样的温度变化与实际相同深度冻土层温度变化一致．利用改造后的试验装置得到原状冻土Ⅰ型断裂韧度KIc值，说明了该试验方法是可行的．     

路基冻胀对高速列车-轨道耦合系统动力特性的影响

在车轨耦合动力学理论的基础上,通过对高速列车-无砟轨道-路基耦合系统模型有限元进行分析,研究高速铁路路基不均匀冻胀对列车、轨道的动力学影响,分析不同条件下冻胀变形引起的系统振动响应规律,进而提出相关改善措施以利于系统良性发展.结果表明,路基不均匀冻胀会引起列车与轨道产生互相影响的动态响应,降低了轨道结构的服役性能,同时不利于行车安全.在典型冻胀情况下,列车进入冻胀区域后,在起始位置受到振动所造成的影响比较大;随着路基冻胀波长的增加,对车体的振动影响相继减少,而冻胀峰值的影响则相反.对冻胀波长25 m范围内,特别是10～15 m路基冻胀进行整治,可增强行车安全性和乘坐的舒适性.同时,重点控制路基高冻胀峰值能有效减少轨道结构的疲劳损伤.     

地基冻-融循环离心模型试验研究

在清华大学已完成的模型的模拟试验基础上 ,对地基经两个冻 -融循环进行离心模拟的重复试验 ,两个重复试验数据几乎一致表明该套寒区离心模型试验装置和测试系统是可行和可靠的 ;相同条件下有荷和无荷地基在冻 -融循环下重复试验显示 ,适当的荷载可抑制地基冻胀 ;自由冻胀量与实际相符 ;地基内温度变化情况和相应的冻胀融沉特征相同、数据相近 ,说明试验数据正确     

冻结凿井中冻胀数值分析

为研究土体冻胀对冻结壁受力的影响,采用ANSYS有限元软件模拟深井冻结凿井施工中的土体冻胀情况,并结合现有冻结理论分析单圈冻结下冻胀位移场和应力场的变化规律。结果表明：冻结壁外侧土体冻胀位移均为正（向外）,内侧均为负（向内）,外侧明显大于内侧;冻结壁内侧冻胀应力远大于外侧,内外冻胀应力差使冻结壁不断向外变形;积极冻结初期冻结壁内部应力复杂,积极冻结后期,其内部应力状态趋于平缓。     

长春地区粉质黏土融沉性质及影响因素试验研究

粉质黏土是一种对温度极其敏感的土,在季节性冻土区通常会产生较大的融沉变形,给道路、铁路等建构筑物造成严重破坏。长春地区土层以粉质黏土最为普遍,由于纬度、海拔、气候等原因,这里的粉质黏土融沉性与其它地区的有所不同,其影响因素的影响程度也有所不同。本文以长春地区粉质黏土为研究对象,通过对原状土样进行融沉压缩试验、冻胀试验和导热系数试验,分析了融沉系数与各因素之间的关系,提出了融沉系数经验公式,并采用灰色关联理论分析了各影响因素对融沉系数的影响程度。结果表明：①融沉系数随含水率、超塑含水率增大而增大,随干密度、烧失量增大而减小,其中可塑性影响最大;②融沉性与冻胀性呈显著正相关,冻胀率和冻胀压力越大,融沉系数越大;③粉质黏土融沉系数随深度的增大而增大,最大值出现在9～12m区间内;④长春地区粉质黏土的最优干密度为1.625g/cm_³;⑤根据灰色关联分析结果,长春地区粉质黏土各影响因素对融沉性的影响顺序由大到小依次为塑性指数、干密度、含水率、超塑含水率、导热系数、冻胀率和冻胀压力。在实际工程中可采取控制最优干密度或调整级配的方法来提高地基土或回填土的密实性,研究结果可为长春地区进行公路、铁路、地铁深基坑、建筑基础施工等提供科学依据与理论参考。     

不同土样冻胀融沉特性实验和数值模拟研究

为了研究土样、荷载、吸水量以及温度等因素对冻胀量和融沉量的影响,运用多功能冻胀融沉实验系统,分别以粉细砂、粉质黏土、黏质粉土和杂填土为研究对象,进行在试件周边和底部限制变形条件下顶部施加不同荷载的冻胀融沉实验。研究结果表明:(1)土样冻胀变化趋势主要分为三个阶段:缓慢冻胀阶段、快速冻胀阶段以及稳定冻胀阶段;(2)随着冻结温度的降低,土样冻胀量均逐渐增大,并最终趋于稳定;(3)冻结过程中吸水量和冻胀量成正比,变现出良好的想关性;(4)在试样上部施加荷载对试样的冻胀产生明显的抑制作用,随着荷载的加大,冻胀量逐渐减少最终接近于零;(5)无论土样是否受到载荷作用,粉质黏土的冻胀率均为最大,而杂填土的冻胀率最小,且黏质粉土的冻胀率大于粉细砂;(6)冻胀量对融沉量影响较大,冻胀量越大融沉量也越大,且融沉量大于冻胀量。研究成果对土体冻胀融沉的研究具有重要的指导意义。     

中国寒区粗粒土力学研究现状与进展

在寒冷地区,粗粒土是路基、土石坝等工程主要填料,也在高寒山区斜坡上广泛分布。寒区高铁路基冬季冻胀病害和高海拔斜坡春季滑塌灾害等的防治与评价,均与冻融作用下粗粒土的力学特性密切相关。在查阅大量国内外文献的基础上,从本构关系、物理特性、力学性质和界面问题等方面对寒区粗粒土力学理论的研究现状进行综述,得出如下结论：通过引入不同新理论建立了考虑剪胀性、颗粒破碎性、非线性和冻融效应等粗粒土特殊性的本构模型;明确了粗粒土的基本物理性质、水理性、热物理和电学特性;基于大型直剪试验、大型三轴试验、数值模拟以及理论分析等手段深入研究了不同因素水平和应力条件下常温和冻融粗粒土的抗剪强度、变形规律以及作用机制;探讨了粗粒土-结构界面、冻-融界面的剪切力学特性及其与斜坡稳定性的关系;并且,针对目前研究现状,对寒区粗粒土力学特性研究进行展望分析。