青藏铁路低温冻土区片石路基的温度特征

在青藏铁路五道梁低温冻土区进行了片石护道路基新结构和土护道路基结构的实体工程试验,以确定路基修筑对温度场的影响.对测试断面冻融循环的地温监测资料的分析表明,2004年片石路基左右路肩孔冻土上限处,年平均地温分别低于土护道路基相应位置0.12℃和0.14℃,2005年片石路基左右路肩孔分别低于土护道路基相应位置0.65℃和0.03℃,冻土上限以下地温均呈逐年下降趋势.片石护道和土护道路基冻土上限均存在不对称性,但随着时间发展,片石护道路基最大融化深度位置基本接近或超过天然地面,且冷生过程还在继续.该区域的片石护道路基新结构能够有效发挥降低地温、主动保护多年冻土的作用.     

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.     

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.     

青藏铁路典型地段变形特征分析

冻土区路基变形问题的核心就是研究路基内地温的变化.通过分析青藏铁路典型地段气温地温均低、气温高地温低、气温地温均高3种不同地段在工程热扰动阶段、路基趋于稳定阶段、铁路长期运营阶段的地温变形原始资料,得到相应地段在不同时期的地温和变形特征.分析结果表明,气温、地温均高地段路基抵御未来气温升高的能量积累不足,产生的沉降变形量最大,因此必须采用相应的工程措施.     

冻土沼泽化湿地地温场试验对比分析

在多年冻土区修建铁路,打破了原来天然地表与外界的热力平衡,从而导致地下温度场重新分布.通过对青藏铁路安多试验段实测数据分析,本文论讨了在冻土沼泽化湿地分别采用抛填片石和土工格栅地基处理措施以后的路基地温特性,以及冻土上限的变化趋势.     

青藏公路冻土路基最大设计高度研究

针对冻土路基斜坡稳定性受温度场影响的特殊性,采用自行开发的数字路基仿真平台对不同地温、不同坡度和不同路基高度条件下的大量工况进行了温度场数值模拟。采用冻土力学参数与地温的拟合公式将温度场与力学场关联起来,并考虑到冻融交界面作为软弱夹层对于冻土路基稳定性控制作用,采用自行编制的冻土斜坡稳定性评价程序对各工况进行了稳定性系数计算,并考虑了荷载作用对冻土路基斜坡稳定性的影响。参照《公路路基设计规范》中对于路堤软弱层滑动稳定性的设计规定,提出了不同坡比、不同荷载作用条件下的冻土路基最大设计高度。     

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.     

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。     

109国道季节性冻土区路基原始温度场分析

针对青海省2013年需要新建、改建的高速公路等项目,以109国道青藏高原橡皮山附近季节性冻土区公路路基为研究对象,利用ANSYS有限元模拟分析软件建立数学模型,经过分析后得出该区域路基土体原始温度场.分析结果表明：青藏高原季节性冻土区路基土体内部温度低于0℃的月份为每年的11、12月和翌年l、2和3月,最低温度达-15℃,而在地表2m以下地温高于0℃.     

Cooling effect of ripped-stone embankments on Qing-Tibet railway under climatic warming

The heat convection in ballast mass and ripped-stone mass in railway embankments is the problem of heat convection in porous media. In order to calculate the temperature distribution of Qing-Tibet railway embankment, from the governing equations used to study forced convec-tion for incompressible fluids porous media, the finite ele-ment formulae for heat convection in porous media are de-rived by using Galerkin抯 method. The temperature fields of the traditional ballast embankment and the ripped-stone mass embankment, constructed on July 15, have been ana-lyzed and compared under the case that the air temperature in Qinghai-Tibetan Plateau will be warmed up by 2.0℃ in the future 50 years. The calculated results indicate that, the permafrost 5 m below the traditional ballast embankment will be thawed in the regions in which the air yearly-average temperature is larger than -3.5℃ or the yearly-average temperature at the native surface is larger than -1℃. The embankment will cause large thawing settlement. The rail-way embankment will be damaged by permafrost degrada-tion. The ripped-stone mass embankment can not only resist the effect of climatic warm up on it but also provide cool energy for the permafrost under it. It can assure permafrost stability and not subjected to thawing. Therefore, it is highly recommended that the ripped-stone mass embankment be taken as the Qing-Tibet railway embankment structure in high-temperature permafrost regions so that permafrost embankment can be protected as possible as we could.     

土工格栅在青藏铁路多年冻土区的应用

从土工格栅的工作原理出发,分析了在多年冻土区特殊路基中土工格栅加固过程.通过土工格栅在青藏铁路五道梁地区的应用实例,结合现场变形温度的监测,认为土工格栅对减小路基的沉降影响不大,但能有效地减小侧向变形,从而有效地减小纵向裂纹.采用商业数值计算软件ABAQUS,引入接触单元,模拟青藏铁路五道梁地区的加筋路基的温度、变形过程.数值模拟结果与实际测得的结果吻合,说明土工格栅在青藏铁路应用的合理性.     

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。     

青藏高原多年冻土区铁路路桥过渡段温度场三维数值分析

 基于过渡段相变三维传热分析模型,对未来30 年路桥过渡段温度场进行分析与预测,研究了过渡段阴阳坡时空效应对路桥过渡段长期热稳定性的影响。计算结果表明：随着路桥过渡段运营时间的增长,各纵断面最大融化深度部位逐渐由过渡段转移到台背后路基,各横断面最大融深及最大融化速率位置均由阳坡坡脚转移到路基中心与阳坡路肩之间,相同运营时间,沿台背方向阴坡坡脚冻土上限变化并不明显;随着运营时间的增长,各横断面阳坡坡脚融化速率均大于天然冻土地基融化速率;各横断面除阳坡坡脚的其余部位在运营25 年以前,人为上限退化率基本小于天然冻土上限,运营25 年后,人为上限退化率逐渐大于天然冻土上限。     

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。     

藏北高原地面加热场的季节变化

利用五道梁１９９３年９月～１９９５年８月的辐射收支资料，分析了该地区地面加热场的季节变化特征。结果表明：春、秋季地面加热场强度有明显的急增和骤减过程，正是加热场的这种突变引起了季节的明显转换；冬季地面积雪多的年份，地面加热场强度较弱，第二年夏季加热场强度则较强；地面加热场强度的季节变化明显，夏季强、冬季弱；冬季地面积雪时间较长时，由于地表反射率增大，地中释放的土壤热通量较无雪时减少，可能造成该地区地面出现冷源     

Heat transfer process of roadway embankments with different type and width of road surface in permafrost regions

The stability of roadbed in permafrost areas has become a big concern with rapid development and construction of throughways, highways and railways in these areas under the current climate change since it is governed by the thermal condition, or in other words, the heat transfer process in the embankment. We carried out a finite element analysis to analyze the effects of different types of road surface and the effect of breadth of embankment on the embankment heat transfer process. The results indicated that the mean annual heat transfer rate at the bottom of the roadway embankment with asphalt surfaces is 3 times that with sandy gravel surfaces. This means annual heat transfer rate increased by 60% when the breadth of asphalt surface was doubled. The increased heat transfer rate was mainly located at the bottom of the embankment and resulted in the effect of thermal concentration,. leading to degradation of the permafrost by as much as 1.6 times. It was also found that increasing embankment height would not reduce these increases of the heat transfer rate. Therefore both asphalt road surface and increased embankment breadth can lead to an intensified heat transfer rate in roadway embankment, consequently degradating the underlying permafrost and embankment instability.     

Heat transfer process of roadway embankments with different type and width of road surface in permafrost regions

The stability of roadbed in permafrost areas has become a big concern with rapid development and construction of throughways, highways and railways in these areas under the current climate change since it is governed by the thermal condition, or in other words, the heat transfer process in the embankment. We carried out a finite element analysis to analyze the effects of different types of road surface and the effect of breadth of embankment on the embankment heat transfer process. The results indicated that the mean annual heat transfer rate at the bottom of the roadway embankment with asphalt surfaces is 3 times that with sandy gravel surfaces. This means annual heat transfer rate increased by 60% when the breadth of asphalt surface was doubled. The increased heat transfer rate was mainly located at the bottom of the embankment and resulted in the effect of thermal concentration,. leading to degradation of the permafrost by as much as 1.6 times. It was also found that increasing embankment height would not reduce these increases of the heat transfer rate. Therefore both asphalt road surface and increased embankment breadth can lead to an intensified heat transfer rate in roadway embankment, consequently degradating the underlying permafrost and embankment instability.     

羟基对压载水中三态氮影响的实验研究

在强电离电场作用下,利用H2O和O2制成高浓度羟基溶液,处理压载水取得明显效果．针对处理后的水质问题,模拟低浓度羟基溶液处理船舶压载水过程,检测了其中三态氮的变化情况．实验结果显示,当羟基比值浓度达到0．68mg／L,亚硝酸盐含量降低了69％,氨氮含量也有所降低,硝酸盐的含量略微增加,并且在培养24h和48h后含量很稳定,表明了羟基溶液对压载水中的无机氮在三个价态上的分布更趋于无害,改善了水质,进而说明了羟基治理压载水的方法是可行的．     

兰新线即有土堤式挡风墙的改造形式对背风侧流场的影响

为了研究兰新线即有土堤式挡风墙的挡风性能,寻找即有土堤式挡风墙不能满足列车安全运行的原因及解决方法,本文应用数值模拟以及分析实测数据的方法得到即有土堤式挡风墙背风侧的流场特性,并为即有土堤式挡风墙的改造提出2种方案,分析对比3种优化改造后土堤式挡风墙在不同风速下背风侧的特征线风速、流场结构、大风遮蔽效应系数。结果表明:即有土堤式挡风墙背风侧无明显涡流区,挡风性能不满足列车安全运行的要求,相对于即有土堤式挡风墙,改造后土堤式挡风墙在不同风速下左侧加高、中部加高、右侧加高土堤式挡风墙挡风性能差异小,但挡风性能均有明显提高,均能满足列车安全运行的要求。优化改造后的土堤式挡风墙为将来类似防风沙工程优化设计提供参考和依据。