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.     

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。     

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.     

冻土路基温度场有限元分析

在冻土工程领域,国内外已经展开了广泛的基础性研究,取得了丰硕的成果。对冻土路基温度场问题,目前已有理论依据和计算方法,但是,只考虑了第一类边界条件,本文利用有限元软件同时考虑了辐射、蒸发、换热等各种边界条件对冻土路基非稳态温度场进行了计算分析。根据计算结果分析,从而有力地验证了采用有限元计算方法来分析冻土路基温度场的可靠性。     

青藏铁路粒径改良路基变形规律试验

详细介绍了粒径改良路基的设计思路及现场测试方案.并通过现场测试资料,详细地分析了粒径改良路基在冻融循环下变形随时间的变化规律.结果表明:粒径改良路基变形随冻融循环过程表现出相应的冻胀和融沉变形.从时间上看,同通风路基相比,粒径改良路基在一定程度上缩短了路基的冻结时间,同时减缓了冻胀变形.     

青藏铁路五道梁地区冻土片石通风路基的气冷效果分析

以青藏铁路五道梁片石路基为研究实例,分析了片石层的工作原理,并与一般路基不同位置处的地温进行了比较,认为片石路基有利于保护冻土地温.在考虑空气对流作用的前提下,对五道梁片石路基进行了地温预测,结果表明,在预测前30年还能有效地保护冻土,而50年后其人为上限出现下凹形态.     

多年冻土路基热棒施工技术

青藏铁路是我国高原铁路,地处青藏高原,海拔平均在4 000 m以上,多年冻土路基的施工是青藏铁路施工成功的关键,热棒技术是多年冻土路基施工采用的新技术,是成功解决多年冻土路基施工的方法之一.文章对热棒的工作原理、用途、特点及施工方法作了详细介绍.     

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.     

冻土路基温度场有限元分析

在冻土工程领域,国内外已经展开了广泛的基础性研究,取得了丰硕的成果。对冻土路基温度场问题,目前已有理论依据和计算方法,但是,只考虑了第一类边界条件,本文利用有限元软件同时考虑了辐射、蒸发、换热等各种边界条件对冻土路基非稳态温度场进行了计算分析。根据计算结果分析,从而有力地验证了采用有限元计算方法来分析冻土路基温度场的可靠性。     

青藏铁路工程对高寒草地生态系统的影响

分析了青藏铁路冻土区段高寒生态系统主要分布类型及其变化背景，利用对青藏公路工程的类比调查数据，研究了不同高寒生态系统对工程扰动的抗干扰能力和受损后的自然恢复能力，以及不同生态系统与冻土环境的相互关系。综合考虑干扰场地土壤环境，冻土条件以及不同生态系统对干扰的抵抗与恢复能力等要素，提出了评价青藏铁路对生态环境影响的综合干扰度方法和定量评价模型，基于未来不同气候演变情境及其与人类工程活动耦合下冻土环境变化及其对高寒生态系统的影响。结合青藏铁路施工方案，定量评价了青藏铁路工程对高寒生态系统的可能影响。结果表明：大部分严重干扰施工地带对高寒草甸草地只有中等程度影响，影响区高寒草地植被覆盖度将维持在50％以上，高寒草原区重工程扰动地带除了局部有明显影响外，大部分地区只有中等至轻度影响，而中度与轻度工程扰动区域，工程对高寒生态系统的影响轻微。     

青藏高原冻土区活动带天然气水合物异常特征

通过对西大滩—安多油气地球化学剖面的研究表明：土壤样品酸解氢、酸解甲烷、酸解乙烷、酸解丙烷和热释汞异常的综合解释有助于对地下是否存在水合物做出推断;在烃类出现“负异常”时,可能是地下赋存水合物的标志。并结合前人文献初步建立了多年冻土区活动带天然气水合物的形成和地球化学勘查模式。分析认为土壤地球化学测量可用于在多年冻土区活动带探测水合物,但其异常解释不能完全照搬油气藏化探模式,必须把渗透性极差的冻土层对烃类气体向地表运移的影响考虑进去。     

地下工程结构的可靠度分析

本文用结构可靠度理论,分析了地下工程结构的非确定性因素,进而得出了各种破坏形式下工程结构的可靠度。使地下工程结构的可靠度分析向定量评价围岩稳定性的方面迈了一步。     

边坡工程的模糊破坏可靠度分析

本文论述了边坡“破坏”这一概念本身所具有的模糊性,提出将边坡破坏按模糊准则划分为苦干等级,并给出了各破坏等级的隶属函数。结合边坡工程中存在的随机性,定义了边坡工程对于各破坏等级的可靠度,得出了相应的计算公式,为边坡稳定性评价提供了一条新的途径。文末对一个实际边坡进行了可靠度计算和稳定性评价。     

导流泄水建筑物泄流可靠性分析

针对导流建筑物泄水能力的风险性问题,分析了影响导流隧洞泄流能力可靠性的水力因素,用蒙特卡洛方法计算导流隧洞泄流的可靠度,并分别对各水力因素及其均方差进行了灵敏度分析,为改善导流隧洞泄流可靠性提供决策依据。     

非线性系统动力可靠性的摄动分析

文章利用Ｆｏｋｋｅｒ－Ｐｌａｎｌｋ方程的解，对具有非线性恢复力的振动系统，进行了动力可靠性方面的摄动分析，并和相应的派生系统进行了比较，对工程设计颇具指导意义     

影响机械结构可靠性的不确定性分析

讨论了机械结构中存在的不确定性因素，重点讨论了影响结构可靠性的随机性和模糊性这两种不确定性因素的实质、相互关系及在结构可靠性分析中的处理方法。     

地震灾害的模糊予测与地震工程模糊可靠度

本文分析了产生地震危险的随机性与地震烈度本身的模糊性,从而获得将地震灾害予测作为模糊随机事件的处理方法。以模糊概率子集表示予测的结果,它全面的估计了地震发生后可能出现的震害评定,为工程抗震设防的决策提供了科学依据。其次,基于地震烈度的模糊性,定义了模糊烈度和清晰烈度。从基于清晰烈度的通常可靠度的概念和计算方法中,引伸出了基于模糊烈度的模糊可靠度的概念和计算方法。它不仅考虑了地震动效应和结构抗力的随机性,而且顾及地震烈度、场地分类等的模糊性,提出了以模糊概率表示的地震工程可靠度。最后,在分析了影响地震工程可靠度诸多因素基础上建议了对地震工程可靠度模糊综合评判的方法。