浅谈多年冻土地区公路路基病害及处置措施

路基稳定性问题是影响冻土地区公路建设的关键性因素。本文深入分析高多年冻土地区路基病害,并针对病害提出相应防治措施,对该地区路基的设计、施工与养护具有重要的参考价值和借鉴意义。     

青藏铁路昆仑山隧道施工实践

高原、严寒条件下的青藏铁路昆仑山隧道施工,在多年冻土隧道施工技术、合理支护结构形式以及人员健康等方面提出了严峻挑战。采用适用高原严寒条件下的施工方案,以及综合利用、保护冻土围岩的隧道施工方法和独特的通风、供暖、供氧和供水等辅助施工作业措施,保证了隧道施工的顺利进行。     

青藏高原多年冻土变化与工程稳定性

气候变化和工程活动引起多年冻土温度升高、活动层厚度增大、地下冰融化, 导致路基工程稳定性变化. 本研究在综述青藏高原多年冻土变化和冻土工程研究重要进展的基础上, 利用青藏公路和青藏铁路沿线冻土与工程监测数据, 给出了青藏高原多年冻土温度和活动层厚度变化及其与气候变化的关系、多年冻土对工程活动的响应过程, 青藏铁路工程稳定性动态变化以及块石结构路基降温机制和过程. 最后, 提出了在气候变化下冻土工程将来亟待解决的关键科学问题.     

青藏铁路建设和冻土问题

青藏铁路是世界上海拔最高和线路最长的高原铁路，全长约1925公里，其中格拉段长约1118公里。海拔4000米的地段有965公里．最高点唐古拉山口为5072米。穿越多年冻土区长度为632公里，其中大片连续多年冻土区长度约550公里，岛状不连续多年冻土区长度约82公里。在632公里的冻土带中，年平均地温高于一1．0℃多年冻土区275公里，高含冰量多年冻土区221公里，高温高含冰量重叠路段约为134公里。高原、冻土和生态脆弱就成为青藏铁路修筑的三大难题，而冻土问题是青藏铁路成败的最关键问题。     

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。     

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.     

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。     

立足科研 冻土扬威——访中国科学院寒区旱区环境与工程研究所研究员李东庆

李东庆博士主要从事冻土及寒区道路工程和含天然气的海底软土工程特性方面的研究工作。在有关多年冻土退化，冻土工程模型试验与冻土冻融过程数值仿真、冻土路基工程应用技术等方面的研究工作中取得了创新性的成果，对多年冻土地区路基稳定性的影响因素和不同路面类型与不同路基高度对路基下多年冻土的影响程度进行了详细的模拟分析研究．     

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.     

青藏高原多年冻土区实际边界浅层土体温度场

在现有冻土理论、热力学原理及流体力学理论等的基础上, 结合青藏高原的气候特征及室内和现场测试资料, 提出了一套考虑风速、辐射和蒸发等多种自然因素及工程外表特征的温度场有限元数值模型与分析方法, 并分析讨论了青藏高原普遍存在的粉质黏土和砾砂土的热物理参数的确定方法. 在此基础上的数值分析表明地表温度是各种外在因素的综合反映, 在工程设计中应该充分考虑各工程场地外在因素的差异性, 对冻土路基的数值分析表明影响路基稳定性的横向热差异问题的本质是边界条件沿路基表面的差异.