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.     

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。     

融沉变形对柔性路面应力应变影响试验研究

为了研究多年冻土地区路基融沉变形对柔性路面力学性能的影响,采用松铺土和埋设工业冰块2种冻土路基融沉变形模拟方法,修建室内大尺度柔性路面结构试槽并逐层埋设传感器.采用承载板试验方法进行柔性路面面层和基层应力应变检测,通过检测数据的分析得出了融沉变形对柔性路面应力应变的影响规律.结果表明:松铺土测点和埋设工业冰块测点面层与...     

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。     

胶新铁路软土路基沉降变形规律研究

基于胶新铁路实验研究项目,对实测结果进行了理论分析与对比.详细分析了通车前和通车后软土路基的沉降变形特征.根据麦钦特模型对路基沉降计算方法提出了修正的计算公式.结果表明,修正公式很好的反应了沉降变化规律.     

多年冻土区沥青路面寿命周期费用分析

应用多种方法对多年冻土地区5种不同路面结构进行了寿命周期费用分析.结果表明,在贴现率为5%时,尽管沥青稳定基层结构的初建费用比其他结构大,但其寿命周期费用现值却比其他基层结构方案小,同时,在路面使用性能上,沥青稳定基层结构对冻土路基不均匀沉降具有较强的适应性,在防止路面结构水损坏方面具有明显优势.因此,综合考虑寿命周期费用、路用性能等方面,提出在多年冻土地区使用沥青稳定基层更为合理可行.     

既有铁路开行大轴重列车路基的动力稳定性

为研究既有铁路开行大轴重列车路基的变形和强度稳定性,选取既有线典型路基土,借助动三轴仪,试验研究了重载下路基土的累积塑性应变和临界动应力,建立了路基土累积应变的预估公式;在此基础上,通过动力有限元分析得到了重载下路基的动应力,并基于分层总和法的思想计算了路基的动力附加变形.研究表明,当路基压实系数低、饱和度高时,路基动力附加变形随列车轴重增加迅速增大,且轴重超过27 t,增大速率明显加快,但当路基压实系数大于一定条件,轴重增加对路基附加变形的影响较小;重载下路基动力附加变形的影响深度主要在2.5 m内,且显著影响深度约为1.0 m;重载下路基未发生动强度破坏情况下也会产生不能接受的永久变形.可通过提高路基压实系数(或强度)显著减少重载下路基的附加变形量和变形达到稳定的时间.     

反压护道在贵惠高速公路软土地基处理中的应用

本文在现场监测分析的基础上,结合地基变形特征的模拟,研究原地基、反压后的地基和固结后的反压地基的变形与稳定性变化情况,重点比较三种状态地基的竖向沉降、横向位移、剪应力、剪应变、孔隙水压力的变形程度。研究结果表明:相对于原路基来说,反压后的路基使原路基的坡脚产生较大的竖向沉降,并产生指向路基中点的水平位移,而且最大剪应力、最大剪应变及孔隙水压力都有所减少。相对于反压后的路基来说,固结后的反压路基使地基在面层范围内有了较大的竖向沉降,并产生指向路基中点的水平位移,而且最大剪应力、最大剪应变及孔隙水压力都有所减少。文章最后综合实测的沉降量与数值模拟,对路基最终的工后沉降做出了预测。     

土工格栅在青藏铁路多年冻土区的应用

从土工格栅的工作原理出发,分析了在多年冻土区特殊路基中土工格栅加固过程.通过土工格栅在青藏铁路五道梁地区的应用实例,结合现场变形温度的监测,认为土工格栅对减小路基的沉降影响不大,但能有效地减小侧向变形,从而有效地减小纵向裂纹.采用商业数值计算软件ABAQUS,引入接触单元,模拟青藏铁路五道梁地区的加筋路基的温度、变形过程.数值模拟结果与实际测得的结果吻合,说明土工格栅在青藏铁路应用的合理性.     

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.     

四楞冲击压路机破碎旧水泥混凝土路面力学机理研究

结合新型四楞冲击压路机在316国道福州段旧混凝土路面改建工程中的应用,采用三维有限元方法对冲击压实过程中旧路面结构及土基的受力、变形特征进行了研究.分析了冲击压实荷载位于路面板不同位置对板体破裂及土基受压效果的影响,探讨了冲击压实荷载在板下路基中的传递规律及作用深度等问题.研究结果可为冲击压实改建旧混凝土路面施工技术提供理论参考和指导.     

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。     

半导体新型热棒的试验研究及分析

冻土作为四相土体,其物理性质较为复杂,而且对于温度具有很高的敏感性,周期性的温度变化会使冻土路基发生冻胀融沉等病害。因此,在冻土地区修建铁路、公路一直是世界性的难题。在青藏铁路工程中,为了防止多年冻土的融化,维持多年冻土的稳定,热棒路基被广泛采用。众所周知,热棒只能在寒季工作,而暖季不工作。基于热棒的工作原理,再结合半导体制冷的原理,在暖季对热棒的冷凝段加入人工制冷装置,使其温度低于蒸发段的温度,从而驱使热棒工作,达到降低地温的目的。在风火山进行的试验表明,半导体新型热棒能够明显降低活动层的温度,有望在今后冻土区的铁路、公路工程建设中发挥良好的效果。     

路基冻结过程中温度场对变形场的影响

为了研究冻土路基温度场及变形场的动态变化规律，基于伴有相变的路基非稳态温度场控制方程和冻土路基变形场二维数值计算模型，对冬季冻土路基温度场和变形场进行了计算分析，得出路基深层土中的温度变化滞后于表层土和气温；对于冻胀冰锋线分布较广的路基，其破坏易在坡脚处产生；冻胀冰锋线分布范围较小的路基，破坏大致发生在竖向位移较大的路基中部。结果表明，冻胀冰锋线的范围是影响路基变形场的重要因素。     

青藏铁路热棒路基结构形式及工作状态分析

热棒是一种有效的主动降温工程措施.由于施工简便,制冷效果显著,在青藏铁路多年冻土路基工程中得到广泛应用,并且可以做为多年冻土路基工程病害处理的重要措施.为研究热棒路基的应用结构形式,在青藏铁路清水河试验段和安多试验段对各种路基结构形式下热棒的工作状态进行了观测研究.研究表明,热棒在青藏高原多年冻土区使用的每年有效制冷工作时间长达7个月,冷却半径大于2.5 m.斜插方式布设热棒路基对路基体下土层的制冷效果更好,并且有利于消除由于"驼峰"效应而引起的路基纵向裂缝,是一种优于直插式热棒的路基结构形式.     

滨海细砂路基沉陷机理

为了揭示滨海细砂路基沉陷机理,在实地调研和文献调研的基础上,通过路基湿度状态分析、重复动三轴试验和固结变形试验,研究基于淤塞效应的滨海细砂路基累积沉降量.研究结果表明:滨海细砂路基沉陷主要由细砂渗流—迁移—淤塞现象引发的细砂路基动力变形、固结变形以及砂土流失三部分组成;施工期间,高雨强条件下降雨入渗水流引发细砂迁移—淤塞现象,使得砂芯长时间处于高含水率状态;运行期间,淤塞且过湿的砂芯在重载交通和土压力长期作用下出现过量的动力变形和少量固结变形,从而引发细砂路基沉陷现象.     

重复荷载作用下粘性路基土的永久变形预估

利用室内重复荷载三轴试验,研究了在含水量、压实度和偏应力影响下粘性路基土的永久变形特性,并以Tseng-Lytton路基土永久变形预估模型形式为基础,对Tseng-Lytton模型进行了改进和标定,建立了粘性路基土的永久变形预估模型;最后利用分层应变总和法,并结合一个典型粒料柔性基层沥青路面结构实例,计算了路基土的永久变形量.     

对沉降明挖隧道的结构安全评估及修复措施

目前国内对于隧道变形和开裂的研究较少,经验积累不多。本文介绍了某地区明挖地铁隧道的沉降情况,分析了沉降发生的原因,指出临近隧道的基坑开挖及工程降水是沉降发生的两个原因,针对沉降隧道进行了结构安全评估,并给出了修复措施,为类似工程修复提供参考。     

贵惠高速公路软土路基变形观测与施工控制

本文依托贵惠高速公路K4+045~K4+177段软基的工程实际,对沉降及水平位移监测数据进行了分析。分析了在整个填筑过程中,路基的沉降及水平位移变化规律,得出控制标准。从而指导软土路基填方施工,以保证工程质量、节省施工成本,并对其它类似山区公路建设具有参考价值。然后将实测结果与理论计算结果对比分析,发现理论计算结果大于实测结果。说明在整个填筑过程中,以上述控制标准进行填方施工,没有明显的剪切破坏、整体侧向滑动等现象。最后运用极限平衡法对路基的整体稳定性进行验算分析,分别计算了天然和饱水两种工况下的稳定性系数。结果也表明在整个填筑过程中,路基的整体稳定性较好。     

高填石路堤工期沉降与工后沉降实用计算方法研究

针对西南地区公路建设中高填石路堤的施工期沉降和工后沉降问题,以工程实际和工程界熟悉的方法为前提,考虑了高填石(高应力水平)下地基的非线性性质和实际的应力路径计算路基沉降;考虑目前碾压技术的进步而采用弹性模型计算填石路堤的变形．两者叠加得总沉降,再由此求得工期沉降和工后沉降．最后与工程的现场实测比较,证明本文方法简单可行,可供同类工程参考和利用．