多年冻土块石路基蠕变变形研究

由于全球气候变化,以及大规模的寒区工程建设,打破了多年冻土地区原有的地表能量平衡,导致地温升高,冻土上限逐年下降,高温冻土层厚度不断扩大,冻土蠕变变形愈加剧烈。本文通过结合青藏铁路典型多年冻土块石路基路段特征,采用变换等效导热系数法来综合考虑块石通风区的换热性质,数值模拟多年冻土路基多年蠕变变形,进行其10年、20年和30年的温度场和变形场预测,分析其蠕变情况。     

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。     

前嫩公路伊春至北安东段高速公路多年冻土特征及路基设计

综合勘探方法为前嫩公路伊春至北安东段高速公路方案比选提供了工程地质条件方面的参考依据,在分析该区多年冻土分布特征及冻土工程地质特点的基础上,以地基稳定为核心,提出了针对不同冻土路段的路基设计原则,以减少冻胀、融沉带来的工程病害问题,为公路安全运营提供技术保证。     

多年冻土地区常见的路基病害及整治措施简介

青藏高原分布有大面积的多年冻土和季节冻土,在冻土区进行道路工程建设过程中,冻土问题是影响和制约整个工程建设的关键因素.本文作者通过检索查阅多年来相关问题研究的文献资料,结合多年的勘察设计经验,简单总结了多年冻土区常见的路基病害、路基病害整治工程遵循的原则及常用的整治措施.     

多年冻土路基水-热-力耦合理论模型及数值模拟

在建立多年冻土地区路基非稳态温度场控制方程、水分迁移的有限元控制方程和路基变形场及应力场计算模型的基础上，提出水-热-力耦合模型。以青藏公路唐南段K3393＋950的冻土路基为计算对象，得出了1月份路基温度场、水分场及应力场（变形场）的分布规律：路基温度场内部存在着未冻土核；水分场在温度梯度的作用下有向冻结冰锋线迁移的趋势；在负温条件下，土体的体积含冰量超过临界值时，将产生冻胀现象。研究结果表明，多年冻土地区路基的温度场、水分场及应力场一直处于动态变化中，路基的热状况、水分状况与变化规律及由此引起的应力重分布是引起道路冻害的主要因素。     

青藏铁路运营以来冻土路基变形特征及其来源探讨

路基变形是路基稳定性的外在表现形式。基于青藏铁路多年冻土区路基变形与温度监测资料,分析了铁路路基变形总体特征,并探讨了路基变形的来源。该研究为青藏铁路路基稳定性判断及病害预警提供数据支持,为铁路工程的维修养护提供依据,也为变形理论分析提供必要的科学依据。研究结果表明:青藏铁路自通车运营以来路基变形总体上趋于平稳,仅有2个断面的变形超出规范要求,但仍有部分监测断面的沉降变形处于发展之中。(部分路基断面不均匀变形明显,表现为路肩纵向变形和路基横向变形差异较大。路基变形较大的断面,其变形主要来自路基下部因多年冻土人为上限下降而引起的高含冰量冻土的融沉变形、融土的压密变形以及下部多年冻土的压缩变形。路基变形较小的断面,其变形主要来自路基下部多年冻土与残余冻土的压缩变形。)     

特殊气候条件对多年冻土地区路基的影响

为了揭示多年冻土地区路基病害发生的根源，基于青藏高原五道梁、沱沱河和安多等地的气象资料，研究了特殊气候条件对青藏公路路基的影响。从青藏高原年平均气温变化曲线及年降水变化曲线入手，考虑路基周期冻结和融化过程中水分迁移及相变作用，结合SWS-3型连续面波仪的路基强度测试结果，分析了青藏公路纵向裂缝、波浪扭曲变形和不均匀沉陷等典型病害的发生机理。研究发现：青藏高原的低温特征使得路基常年处于冻结和融化的交替状态；雨季集中、固态降水特征致使路侧积水严重；在特殊的气候夺件下路基土体的动弹性模量由最初的均匀分布逐渐过渡到不均匀状态；路基两侧的积水及土体的冻融疏松是造成路基强度不均匀分布、产生病害的直接原因。     

路基工作区的确定方法研究

通过应用BISAR软件,详细比较路基工作区深度的确定结果与原路基教材上的方法,全面分析了道路铺面结构的刚度效应、道路路基的刚度效应、车辆荷载的效应对路基工作区深度的影响.通过分析,发现原工作区深度确定方法中关于铺面结构层厚度当量换算方法存在不当之处,以及按车辆荷载附加应力与道路自重应力之比的应力比来确定路基工作区深度将带来的某些不合理之处,提出以车辆荷载附加应力与路基土单轴压缩强度之比的应力比作为衡量路基工作区深度的改进建议.     

黄土质高填方路基沉降变形与预测

黄土质高填方路基易发生不均匀沉降变形,为了更好地研究其沉降机理以及建立沉降预测机制,指导具体工程确保工程安全,本文依托冬奥会延崇高速公路ZT5标段典型黄土高填方路基断面K46+500工程,利用现场该断面处3个沉降监测点的实测数据,通过对数曲线拟合法、双曲线拟合法和乘幂曲线拟合法对现场实测沉降数据进行拟合对比分析,得出预测精确合理的模型.通过高填方路基数值模拟计算,分析其沉降变形特点,并对沉降预测模型进行验证.研究结果表明:1)3种曲线拟合法的拟合相关系数都在0.98以上,都能对该高填方路基短期沉降做出准确预测.2)对3种预测模型的预测结果值与实测值比较分析,得出双曲线模型的预测结果值与实测值之间的误差平方和最小为4.09 mm²,预测精度最高.3)通过建立的双曲线预测模型对高填方路基沉降进行最终沉降预测,得出路基在517 d时沉降速率为0.01 mm/d,沉降达到稳定.4)利用FLAC3D的软件建模分析对比双曲线预测模型,验证了双曲线模型的可靠性.     

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.     

Mechanism of evolution on winter-time natural convection cooling effect of fractured-rock embankment in permafrost regions

Recent researches indicate that the global climate really shows a warming trend[1―5]. The Intergovernment Panel on Climate Change (IPCC) predicts a 1.4℃―5.8℃ rise in the global surface temperature between 1990 and 2100 using the climate change forecast model[5]. During the same times, the climate in the Qinghai-Tibet Plateau will also bring about relevant changes. Recent predictions show that the air temperature of the Qinghai- Tibet Plateau will be a rise of 2.2℃―2.6℃ by 2050. Th…     

多年冻土地区湿度对水泥稳定砂砾强度的影响

多年冻土地区路面水泥稳定砂砾基层应用中，普遍存在基层上下松散、中部板结的“夹层”现象。在定性分析的基础上，通过模拟多年冻土地区基层下垫层的可能湿度状况养生的强度试验，定量分析了湿度对水泥稳定砂砾强度形成的影响，探讨了“夹层”现象产生的原因。研究得出，垫层含水量小于基层混合料最佳含水量时，对基层混合料强度形成有明显影响，抗压强度随垫层含水量的减小而降低；模拟湿度养生混合料的强度形成过程与标准养生基本相近，但14d后强度增长显著减缓；混合料形成骨架结构时，可以减轻水分损失对混合料后期强度形成的影响。结果表明：多年冻土地区特殊的湿度条件是水泥稳定砂砾基层出现“夹层”现象的主要原因，在基层施工中针对特殊湿度条件采取有效工程技术措施，可以避免“夹层”现象的出现。     

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。     

强蒸发地区路基温度分布特性及其预估模型

为准确掌握强蒸发地区受路面覆盖效应影响的砾类土路基温度场的时空分布特性和规律,通过全天候温度监测,展开该路基温度场分布特性的研究.研究结果表明,不同深度处的月平均温度总体呈余弦或正弦函数分布,但相位角随路基深度和升降温过程的不同而变化;受路面覆盖效应影响较无路面覆盖效应影响的路基内低温峰值略低而高温峰值略高,但其分布规律基本一致;温度梯度在不同的温度条件以及在不同深度处分布也不尽相同,最大温度梯度在低温季节下的90~150cm深度范围内.在此基础上针对升温过程和降温过程,提出了温度场预估模型,该模型具有较高的相关性,并为强蒸发地区考虑路面覆盖效应影响的路基内部水汽迁移和湿度分布特性研究提供基础.     

高密度电阻率法在路基空洞探测中的应用

为了研究高密度电法应用于已运营公路路基空洞病害无损检测的可行性与适用性,依据长沙绕城高速公路路基空洞病害模拟试验,分别对同路段预埋病害区和正常路基区进行探测,并结合干燥空洞的电性特征,探讨了高密度电阻率法温纳排列对路基空洞病害的探测应用.通过比对分析探测结果可知,预埋病害区探测结果显示视电阻率有明显异常区域,并且视电阻率异常区位置及尺寸与预埋空洞大致相同.这也验证了高密度电法在路基空洞病害检测中的可行性和适用性.     

青藏铁路保温板热棒复合结构路基保护冻土效果数值分析

根据带相变热传导有限元方法,对普通路基、含保温板路基、热棒路基和保温板热棒复合结构路基在未来50年青藏铁路沿线气温上升2.0℃情况下的温度场进行了预报分析和比较.计算结果表明,在年平均气温为-3.5℃或地表年平均温度为-1℃的地区,在青藏铁路50年的使用期内,普通路基、含保温板路基和热棒路基在气温升高条件下路基下伏、冻土都将发生融化,路基将会产生较大融沉变形,不能保证青藏铁路路基的稳定性.而保温板热棒复式结构充分利用了保温板和热棒两种措施的优点,可以更好的提高保护冻土的效率.