青藏高速公路路基降温措施有效性模拟分析

为了评价已有的冻土路基工程技术对青藏高原多年冻土区高等级公路宽幅路基的适用性,运用ABAQUS有限元软件及其二次开发平台,建立了多年冻土地区宽幅路基温度场有限元分析模型,并运用该模型对普通路基、碎石路基、EPS隔热层路基以及隔热层-碎石复合路基温度场进行对比分析,对4种宽幅路基融深变化规律进行研究.结果表明,不同降温措施条件下路基温度随时间均呈周期变化,但每年平均温度总体上升,且相同的时间和路基宽度条件下,隔热层-碎石复合路基温度最低、热稳定性最好;普通路基第十年最大融深随路基宽度的增加呈直线上升趋势,碎石路基融深随宽度的增加呈三阶段增长趋势,EPS隔热层路基融深随宽度的增加呈两阶段增长趋势,复合路基融深随着宽度的增加逐渐增加但变化不大;单一的EPS隔热层措施、碎石路基对于多年冻土区宽幅路基降温效果较差,隔热层-碎石复合路基降温效果最优.     

冻土区路基中隔离层设置的研究

研究冻土区路基隔离层设置对路基稳定性的影响,能为我国冻土区道路病害防治提供一定的参考依据。通过对冻土区隔离层在防治路基病害中的设置方式、厚度和位置的概括和总结,并在此基础上,探讨了今后需要进一步研究的问题。     

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.     

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.     

多年冻土地区路基纵向裂缝影响因素

根据青藏公路纵向裂缝现场勘察和形成机理分析,认为导致路基纵向裂缝的主要原因是路基边坡坡脚下融化区的产生及发展。通过非线性弹塑性有限元分析,研究了融化深度、融化区位置和融化区切入长度对纵向裂缝形成的影响规律。研究结果表明:随着融化深度不断加深,纵向裂缝产生的可能性增加,且规模逐渐增大,但并不影响裂缝产生的位置;融化区切入长度不同,纵向裂缝产生的位置不同,纵向裂缝的规模也不同;在所有切入长度中,存在一个临界长度,此时纵向裂缝的规模最大;随着融化区中心位置不断向路基中心移动,路基纵向裂缝呈现出复杂的变化现象,融化区中心位置影响路基纵向裂缝是否产生及其产生的位置。     

季冻区边坡地下水渗流模型试验

随着季节冻土区的交通网络建设和基础设施建设项目不断增多,季节冻土区边坡工程冻融灾害问题越发严重。中国在此方面的研究起步较晚,中国学者虽积极开展研究;但较少有人通过试验手段研究地下水位变化对季节冻土区边坡的影响。使得季节冻土区边坡因春融期地下水上升引起的冻融-渗流稳定性问题成为亟待研究的课题之一。通过室内模型试验,揭示季节冻土区粉质黏土边坡在不同初始含水率、相同坡比的条件下,随着地下水位的升高,粉质黏土边坡在春融期破坏形式由浅层滑坡破坏向整体破坏过渡。     

季冻区压实黄土在冻融循环作用下的性能变化试验研究

甘肃省属于典型的失陷性黄土地区,域内黄土公路路基超过2万公里,不少路基不同程度的出现了不均匀沉降、路面沉陷等病害。因此,研究季节冻土区黄土路基防治技术,探求冻融循环与黄土路基湿陷之间存在的内在联系,对于预防和减轻黄土路基湿陷性病害具有重要意义。本文通过对压实黄土进行冻融循环试验分析了其性能的变化,结果显示:冻融循环作用对黄土的冻胀和融沉变形具有重要的影响,具体为其最大干密度变小,孔隙比变大,强度降低,土样内部结构发生明显的弱化。     

季节冻土区边坡支护结构冻融模型模拟系统研制与应用

为了研究季节冻土区季节温度周期性交替变化时的边坡支护结构冻融反应规律,研制了季节冻土区边坡支护结构冻融模型模拟系统,并开展了季节冻土区框架锚杆边坡支护结构试验研究.该模拟系统主要由可移动开体式自动控温冻土试验室、模型箱、边坡支护结构模型和温度-水分-应力多物理场测试系统四部分组成,实现了模型试验中结构与岩土之间的比例相容和季节冻土区季节周期性交替变化时温度自动呈正弦函数式波动的微环境模拟,同时具备对试验现象直观观测以及多物理场试验数据自动采集功能.将该模拟系统应用于框架锚杆边坡支护结构冻融模型试验研究,通过分析边坡不同位置处的温度、水分和支护结构的冻胀力变化趋势,揭示了寒暖环境交替变化下的边坡支护结构冻融反应规律;将试验结果与已有文献的实测数据进行了对比,初步验证了该模拟系统的可靠性和准确性.冻融模型模拟系统研究方法及成果可为寒区边坡相关工程设计提供参考.     

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.     

保温材料在硫酸盐渍土路基中的应用

聚苯乙烯泡沫板(EPS板)在国内外多年冻土区工程中的应用较为广泛,但对于在盐渍土中使用保温材料应用研究相对还比较少。为了研究随外界环境条件改变聚苯乙烯(EPS)盐渍土路基温度场变化特征,在新疆地区农二师21团-24团公路路段长期监测数据的基础上,运用ABAQUS有限元分析方法,对盐渍土EPS隔热路基的温度场进行数值模拟。通过对比分析,验证了模拟结果的准确性,研究了在硫酸盐渍土中EPS的保温效果;提出了保温板铺设的最佳位置及适宜厚度;总结分析了保温板铺设位置及厚度与路基填土高度的关系。     

冻土隧道的保温隔热层参数设计新方法

目前几乎所有冻土隧道设计都会采用保温隔热层避免冻融作用发生,但是在保温隔热层的参数选取时,保温隔热效果是主要考虑的因素,而对其成本考虑较少。为了使保温隔热层既能防止冻融作用的破坏,又能节约成本,以优化理论为基础,结合扩展内点罚函数及冻土隧道特点,建立了保温隔热层的数学优化模型,期望该模型能够达到此目的。以大坂山K0+785断面和风火山隧道K0+835断面为例,验证了该数学模型不仅能用于季节性冻土隧道,而且也能用于多年冻土隧道。优化结果不但能够防止冻害发生,而且还能产生较大的经济效益。由此可见该数学优化模型及求解方法可以为冻土隧道工程中的保温隔热层参数的合理选取提供指导。     

松嫩平原北部季节冻土冻融过程及热量传递规律

为深入了解松嫩平原北部季节冻土冻融过程及热量传递规律,同时为东北寒区工程及寒区农业的土体环境的高效利用提供科学依据。基于松嫩平原北部季节冻土原位监测,开展季节冻土温度变化特性及分层热通量变化规律研究。结果表明：深度小于50 cm土体温度日变化明显,土体温度季节差异随着土体深度增大而减小。2017年3月3日达到最大冻深(164 cm),4月22日为最终融化日期,最终融化深度为130 cm。不同深度土体温度对地表温度响应呈滞后效应,随着土体深度的增加,滞后时间延长;季节冻土在冻融期内浅层土体受到净辐射的影响,热量交换极其频繁;随着土层深度的增加,净辐射的作用减小,热量在土体中传递的损耗增加,热量交换程度减弱,在冻结期,土体损失的热量大于吸收的热量。在整个冻融期内保持负值,冻深线以下土体中的热量持续向上传输,表明160 cm深度以下土体持续对冻土层传递热量。     

路基冻胀过程的温度效应

基于连续介质力学和热力学理论,建立了路基水分迁移过程的动力学模型。对冻土地区路基的温度场分布进行数值模拟分析,初步探讨了路基温度随时间和深度变化的关系。研究了温度梯度对冻胀的影响,试验结果表明,温度梯度与冻胀量成反变关系,因此采用试验人工冻结研究自然冻结时应充分考虑温度梯度的影响。这对于正确研究路基的冻胀现象,具有着重要的理论意义和实际意义。     

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.     

对季节性冻融过程中土壤水和热迁移的研究

在季节性冻土分布区,土壤水分的冻结和融化必将会伴随着热量交换、水分迁移等物理过程。通过分析影响土壤季节性冻结、融化的主要因素,论述了季节性冻融土壤中热量交换、水分迁移等物理过程以及季节性冻融过程中土壤水、热迁移的研究进展,并提出存在的问题。     

正融土强度弱化特性研究的试验仪器及方法

冻土,特别是含冰透镜体的冻土解冻时,出现强度大幅度下降的弱化现象,这是季节冻土区内路基春季翻浆冒泥、地基失稳的重要原因.为探明路基土融化过程中的强度弱化机理,在此基础上制定有效的冻害预防措施,对国产土工静力三轴仪进行了一系列改造,并配以专用的冻土试样制备设备、冻土试样融化加热设备和外部保温设施,共同制成冻土解冻时的强度弱化试验仪.用该仪器进行了相关试验研究,结果表明,仪器得到的数据合理有效,该仪器设备可以在冻土学研究中推广应用.     

季节性寒区隧道保温隔热层厚度计算方法

为了解决冻结锋面移动可能带来的保温层厚度不足的问题。以河北延崇高速棋盘梁隧道为研究对象,采用现场监测、数值模拟以及理论推导等研究方法对季节性寒区隧道冻结锋面的移动规律进行探究,并结合移动规律研究结果得出考虑冻结锋面移动规律的保温隔热层计算公式。结果表明：（1）在同一断面内,由于较厚的仰拱填充对温度的传递起到了一定的阻碍作用,冻结锋面在拱顶处的深度大于边墙处的深度。（2）季节性寒区隧道的冻结锋面随着时间的推移,冻融循环的反复进行,其深度会逐渐加深,最终趋近于某一稳定值。（3）不同断面的冻结锋面最终稳定深度与断面处年平均温度呈现线性相关关系,而与温度振幅呈现非线性相关的关系。（4）对所推导的保温隔热层厚度计算公式中的冻深参数进行了基于冻结锋面移动规律的修正,保证了保温层长期的有效服役。     

绝热层对钢包热行为的影响

建立了基于有限元法的钢包二维传热模型,运用Ansys软件对钢包在不同绝热层厚度情况下的热状态及保温性能分别进行了模拟计算.有绝热层的钢包可以明显地提高自身的保温性能,且随着绝热层厚度的增加,保温效果愈加突显,但幅度越来越小.与无绝热层的钢包相比,在绝热层厚度达到20 mm时,钢包预热时间缩短约1 h,节约煤气消耗1000 m3,降低钢水温降约6℃.在热饱和阶段,钢包外壁温度平均降低了100℃,包壁散热减小,1h可以节能1255680kJ,折合标准煤43kg.最后利用现场实测数据进行了验证,结果表明模拟结果正确可信.     

国道219线（狮泉河至日土段）改建工程中冻土病害的防治

新藏公路（国道219线）沿线海拔高、气候冷,存在大量冻土区。在狮泉河至日土段沿线冻土主要是季节性冻土,容易发生路面翻浆、涎流冰、路基融沉等冻土病害。本文通过对道路沿线冻土病害主要形式、形成原因以及主要防治措施的阐述,得出利用置换填土和铺设土工织物相结合的防治方法对解决道路沿线季节性冻土十分有效。文章最后提出了在道路修建过程中要加强环境保护,减轻人为因素对冻土的扰动,并加强道路沿线监测的建议。     

集中供热管网保温存在的问题

对大庆市某供热公司所管辖的40多公里供热管线的保温状况进行了现场测试,发现存在保温材料选取及保温层厚度设计不合理等问题.对供热管线进行了优化设计及保温改造.通过现场测试,对比分析了改造前后管道的散热损失,结果表明,改造后单位面积散热损失减少了90%.