青藏铁路清水河地区路堤最小设计高度的计算

在青藏铁路多年冻土区路基的设计中,临界高度和最小设计高度是两个关键指标.本文针对青藏铁路清水河试验段特定条件下的试验路堤进行了研究,分析了路堤高度与上限上升高度的关系,并根据试验所得的路堤临界高度值,计算得到了该地区特定条件下路堤的最小设计高度值.研究表明:①青藏高原清水河地区铁路路堤存在临界高度;②清水河地区铁路路堤的临界高度为0.65 m;③清水河地区铁路路堤的最小设计高度为1.63 m.     

不同路面和幅宽条件下冻土路基传热过程研究

随着我国多年冻土区高速和高等级公路建设的发展，冻土路基稳定性成为工程建设的关键科学问题. 应用有限元计算分析发现，沥青路面下路堤底面的年均热流量为砂砾路面下的3倍；高等级公路在路面宽度较普通公路增加1倍的时候，底面年平均热流量增加60％，且增加的热流主要集中在路堤底面的中心部位，并产生“聚热效应”，导致多年冻土的退化进程加快0.6倍；这种关系不会因路堤高度增加而减弱. 因此，在多年冻土区修建高等级公路，会带来更为严重的工程病害，在工程建设中必须充分重视，并采取积极的防治措施，才能确保工程的长期稳定.     

边坡渗流对冻土地区路基稳定性的影响分析

利用数值模拟方法,分析了在多年冻土地区修筑路堤后,夏季路式边坡积水通过路堤及在其下土壤的渗流过程中,由于对流换热所引起的路堤基底的不稳定现象。通过计算机数值模拟进一步证实,夏季路基边坡积水可导致路基基底之下的多年冻土上限下降,并使路基下形成凹型融化核或扩大已有融化核的深度和范围,从而加大路堤的融化下沉量和冬季的冻胀量,造成路基稳定性程度明显下降。     

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。     

填石路堤沉降分析方法研究

填石路堤达到一定高度后，路堤会产生较大的沉降量，其变形问题已引起工程界的高度重视，探讨其沉降机理、沉降计算方法及分析预测方法具有重要的工程实际意义。     

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.     

青藏铁路路堤纵向裂纹形成与扩展的力学机理

在多年冻土区修建路堤,打破了原来天然地表与外界的热力平衡,引起地下温度场重新分布,使得路堤两侧的天然地表下多年冻土融沉,造成整个路堤应力场局部出现应力集中,导致路堤的两侧出现了大量的纵长宽大裂纹。这些裂纹在上覆荷载作用,尤其是列车动荷载或者地震作用下,有可能发生路堤的突然沉陷,严重危害行车安全。就路堤应力集中现象来讨论裂纹的形成和扩展力学机理,即裂纹扩展主要受拉应力作用,而裂纹的扩展角受剪应力的控制。     

高寒季节性冻土地区铁路路基冻胀解决方案

结合滨洲铁路工程实践,分析了冻害形成机理及其影响因素,阐述了高寒季节性冻土地区铁路路基设计原则。提出高寒地区季节性冻土铁路路基冻胀病害解决措施,主要包括限制路堤最小高度、改善路堤填料、优化隔水层设计、加强排水系统设计、保温设计、低路堤及路堑设计等。运营结果表明采取的措施是有效的。     

路堤高度影响列车侧风运行气动特性模拟

列车常在路堤上运行,特别是在侧风环境下列车的空气动力特性问题变得十分重要。本文采用计算流体力学方法对路堤高度变化影响列车侧风运行气动特性进行研究。数值模拟结果表明:由于气流随路堤斜坡的加速效应,头车上受到的侧向力和侧翻力矩随着路堤高度增加显著增加。作用在中间车上的阻力对路堤高度变化不敏感,但随着路堤高度增加中间车上的负升力明显增加。对于尾车,其阻力系数随着路堤高度增加而逐渐增加,且因为处于剧烈的尾涡区而受到逆侧风方向的侧翻力矩作用。     

混合土法改良过湿粉土的室内试验研究

通过大量土工试验，探讨了用混合土法改良过湿粉土用作路堤填料的可行性，对改良方法的土质学原理进行了分析，并提出混合土法的室内设计方法。     

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.     

Analysis on Ground Temperature Changes and Thermal Effects of Duct-Ventilated Embankment of the Qinghai-Tibet Railway

1Preface TheStatekeyproject Ge’ermu LhasaSection ofQinghai TibetRailwayhasadistanceof550km runningoncontinuouspermafrostregions.Within thispart,permafrosthasthemostsignificant impactonthestabilityoftheroadbed.Thedouble effectsofglobalwarmingandtheconstructionof therailwaywillmakethepermafrostdegrade,causingthedesigningandconstructionofthe roadbedextremelydifficult[1].Thenaturalthermal regimesofpermafrostandgroundiceareimportant factorsthatwillaffectthestabilityofroadbed.Theselectionofroad…     

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.     

保温材料在硫酸盐渍土路基中的应用研究

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,本文主要在新疆地区农二师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。     

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.     

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.     

寒区长大隧道温度实测与仿真

基于现场实测数据对寒区长大隧道内温度的变化规律进行了分析,基于数值仿真分析对不同环境气温、围岩原始地温、自然风速、列车运行速度和频率条件下隧道洞内温度场和冻结深度的变化规律及保温层的适用范围进行了研究.研究结果表明:若环境气温或围岩原始地温低,自然风速大,或列车运行速度大和运行频率高,则洞内可能出现负温分布,所以寒区长大隧道结构防寒不应仅在洞口段;保温层法不能完全解决寒区长大隧道洞口保温问题,当环境气温低于15℃,持续冻结时间超过45d时,需要采取主动保温措施.     

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.