多年冻土区高等级公路路基温度场研究

在全球变暖的背景下,利用有限元法对多年冻土区高等级公路路基温度场进行数值模拟研究。分析路基高度分别为2.0,3.0,4.0,5.0和6.0 m时路基高度与路基下方冻土上限的关系,分析路面宽度分别为14.0,16.0,18.0,20.0和24.0 m时路面宽度与路堤内和基底融化夹层面积的关系。研究结果表明:在影响路基下方多年冻土上限和融化夹层面积的各因素(路基高度、边坡坡度和路面宽度)中,路基高度对冻土上限的影响程度最大,路面宽度对路基内和基底融化夹层面积的影响最大;冻土路基在20 a的设计使用年限内合理高度为4.26 m;冻土路基在不采取"冷却地基"措施的情况下,在20 a的设计使用年限内,路面最大宽度为6.0 m;当路面宽度为12 m时,分幅路基的合理间距为35.3 m。     

多年冻土区聚苯乙烯隔热公路路基温度场数值分析

为了研究随外界环境条件改变聚苯乙烯(EPS)冻土路基温度场变化特征,运用ABAQUS有限元分析方法,对多年冻土区EPS隔热路基的温度场进行了数值模拟.计算时采用改变EPS铺设位置,模拟路面下多年冻土季节最大融深在路基修筑完工后8a内随时间的变化.通过对计算结果分析得出,在多年冻土区路基中铺设保温材料对路面下多年冻土具有明显的保护作用.当EPS铺设在路堤底部时,路堤温度场分布比较均匀,路堤内部都为正温,在EPS板下,路基温度都为负温,说明EPS有效阻止了边坡和路面传入的热量.因此,如果要修筑EPS隔热路基,应将EPS板铺设于路堤底部.     

高纬度林区多年冻土片块石路基降温效果及变形特征

在边坡滑塌、不均匀沉陷等路基病害极易发生的多年冻土区,片块石路基是一种常见的路基结构,而其在高纬度林区的应用研究还相对较少。本文针对高纬度林区多年冻土体积含冰率高、对温度变化敏感等特征,以高纬度林区某段公路多年冻土片块石路基工程为例,建立冻融循环热力耦合数值模型,分析了片块石路基温度场和应力-应变场的变化规律,研究了路基冻胀融沉的热力学机制。结果表明：高纬度林区多年冻土片块石路基的温度场,在地下2 m内受地表温度影响显著,而地下2 m以下受影响较小,温度稳定在-1.5 ℃。多年冻土片块石路基的变形以融沉为主,在11月达到最大值,为13.5 mm;而冻胀量在4月达到最大值,为7.5 mm。路基融沉主要归因于冻土的融化,而路基冻胀是由于路基结构本身的冻胀变形引起的。因此,在高纬度林区多年冻土路基采用片块石冲压层和填筑层的结构是可行的,对路基下冻土起到良好降温效果的同时,路基的变形量也控制在了规范要求范围内。     

热力交互作用下冻土路基融化沉降分析

基于大变形融化固结理论建立了多路基结构相互作用融化沉降数值模拟平台,并研究了公路和铁路路基不同相邻间距条件下的融化沉降规律.通过分析计算结果表明,过近的路基相邻间距会加速下覆冻土层的融化.随着相邻间距的增加,两种路基间热学场的影响将逐渐减弱.对于相邻间距较近的情况,路基变形场相对于路基中心的不对称性随时间持续增大.随着路基相邻间距的增大,变形场的不对称性发展逐渐减弱.根据本文的计算算例,当两种路基间距大于20m时,不同路基间的热学和力学场之间将不会产生显著的相互叠加影响.因此,建议在多年冻土区构筑物密集修建地区,构筑物间的安全修筑距离应大于20m.     

兰新铁路青海地区加筋土路堤边坡稳定性分析

以兰新铁路第二双线青海地区路基工程为研究对象,应用有限元数值模拟分析法对其进行研究。通过拟定几何尺寸、确定设计参数及边界条件后构建加筋土路堤有限元模型,并对有、无加筋材料的路堤边坡和影响加筋土边坡稳定性的因素两方面对比分析后,得出相关结论。模拟分析表明,有加筋土的路堤边坡水平最大位移明显减小且安全系数较高;加筋材料的长度和层间距对边坡稳定性有一定影响,两者均有一最佳值。     

冻土融沉对路面结构力学响应的影响

为研究冻土融沉规律及其对沥青路面结构的影响,结合青藏高原地区实测温度数据,运用数值模拟技术研究多年冻土地区路基温度场变化特性,分析特定温度场条件下冻土路基融沉规律,再以该融沉曲线为路面结构的位移边界,计算了路面结构的融沉附加应力,并与无融沉时的结构响应进行了比较。研究结果表明:冻土路基从表面逐渐向内融化,当外界温度较低时,路基土内部还存在冻土核,当外界温度足够高时,则路基土内部可能全部融化;当融深较大时,固结沉降较大,反之则较小;冻土路基融沉变形曲线近似于抛物线形状,回归建立了路基融沉变形公式,而在此位移边界条件下,路面结构产生附加应力,会对结构产生不利影响。     

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.     

降雨作用下路堤边坡水毁机理及影响因素分析

为明确降雨对路堤边坡内部渗流场以及稳定性的影响,对路堤边坡水毁机理及其主要影响因素进行了研究.在特定土质、压实度以及冲刷入渗时间等控制条件下,通过边坡模型试验探究降雨对边坡坡面冲刷破坏过程的特征,运用GeoStudio程序进行数值模拟分析,找出降雨作用下路堤边坡内部渗流场和稳定性的变化规律.结果表明:降雨过程中雨水冲刷...     

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。     

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.     

公路拓宽工程中桩承式加筋挡土墙处置路基的数值分析研究

结合绍诸高速上三段拓宽工程的建设,采用FLAC3D对桩承式加筋土挡墙施工对原路基的影响、新老路基的沉降发展规律进行分析。研究表明,原路基边坡开挖后的卸荷作用会使原路基变形出现回弹;管桩施工对原路基的影响较小;施工后,路基的新增沉降呈“~”形,在路基中心线处新增沉降最小,在拓宽路基部分新增沉降最大。     

南林水库土坝坝体劈裂灌浆施工技术

修建已久的水库大坝会存在渗漏和变形稳定问题 ,严重影响坝体的安全。对坝体采取劈裂式灌浆 ,可以防渗、加固坝体。工艺具有施工简单、工期短、见效快、经济效益显著等优点     

加筋对桩承式路堤荷载传递影响的三维有限元模拟

建立了土拱效应分析的三维弹塑性有限元模型,采用数值模拟方法研究了桩承式加筋路堤的荷载传递机理。计算结果表明,路堤底部加筋增强了路堤荷载向桩帽上转移的能力。影响路堤荷载向桩帽上转移主要是土拱效应,其次是加筋的拉膜效应。土拱效应与路堤加筋与否关系不大。加筋拉膜效应在土拱效应发挥后开始发挥,桩帽边缘处底部加筋的拉应力最大。加筋拉膜效应随着加筋刚度和桩间距的增加而增大,随着加筋位置的升高而减小。与底部加筋的桩承式路堤相比,对于给定的桩帽-土差异沉降,双层加筋桩承式路堤中加筋的拉膜效应增大,第一层加筋的拉应力减小。第二层加筋铺设位置越高,其拉应力越小,最大拉应力点向桩帽中心方向移动。     

水位变化对路基边坡渗流场及稳定性影响分析

针对蓄滞洪区路基边坡因洪水水位上升、持续、下降这一作用过程导致路基边坡失稳破坏的情况,本研究通过室内模型试验来模拟洪水对路基边坡的作用过程,并结合GEO-Studio（SLOPE/W和SEEP/W耦合）程序建立等效的介质连续模型;基于饱和-非饱和渗流理论及极限平衡法,探究洪区路基边坡在水位变化过程中的孔隙水压力变化、浸润线动态变化以及安全系数变化规律。结果表明：室内试验与模型仿真的孔隙水压力以及体积含水量变化规律一致;涨水阶段浸润线随水位上升而上升,浸泡阶段浸润线向边坡内部发展,退水阶段浸润线随着水位的降低而逐渐下降;水位变化过程中边坡稳定性随水位上升而增加、浸泡阶段稳定性降低、退水阶段稳定性迅速下降。     

山区高填方路堤沉降监测及数值分析

依托厦沙高速某段高达63.38 m的填方路堤,使用分层沉降仪监测填方路堤的工后沉降,分析其沉降规律。监测结果显示,工后240 d高路堤总沉降量处于0.151-0.191 m之间。使用有限元软件ANSYS计算高路堤的沉降量,得到工后240 d总沉降值为0.232 m,与监测值接近。数值计算结果所显示的分层沉降规律和监测结果也较为一致。并且计算了不同压实度下路堤工后沉降量,为填方路堤工后沉降计算和控制提供了有益的借鉴。     

桩间距和桩帽宽度影响土拱效应的现场试验

为了研究桩间距和桩帽宽度对桩承式加筋路堤土拱效应的影响,在广清高速公路拓宽工程庆丰收费站进行了现场试验,实测了路堤荷载下不同桩间距和桩帽宽度下桩帽及桩间土表面的竖向土压力,据此获得土拱高度与桩帽净距的关系.试验结果表明,桩间土表面竖向应力近似均匀分布.当桩帽净距数值超过1.0m以后,土拱高度随桩帽净距的增加而减小.桩帽-土应力比随路堤荷载的增加而增大,随桩帽宽度和桩间距的增加而减小.桩帽荷载分担比随路堤荷载和桩帽宽度的增加而增大,随桩间距的增加而减小.桩间土荷载分担比随路堤荷载和桩帽宽度的增加而减小,随桩间距的增加而增大.     

软土路堤中土工格栅在填筑与地震作用下的受力特性

土工格栅在软土路基中已有广泛应用,与塑料排水板的配合使用可以加速软土路基的固结沉降。首先对软土路堤进行了静力加载填筑计算分析,分析加筋垫层土工格栅的受力特性和位移变形特性;其次对建成的软土路堤选择与场地类型相适应的地震波进行了地震动力响应分析,获得了土工格栅的受力特性及变形特性。结果表明,不等高反压平台的修建导致了后续土工格栅受力不均;但轴力值在容许值之内,地震响应下路堤主要以水平运动为主,土工格栅的运动及受力趋势可以为路堤整体性提供评价依据。