青藏高原多年冻土区热棒路基设计计算

结合青藏铁路试验工程,在分析热棒路基热周转特性的基础上,建立热棒路基热工计算模型,阐述热棒路基的设计计算过程,讨论设计计算中基本参数的选取,热棒产冷量的计算,产冷量与间距、蒸发段长度、散热面积的关系,安全系数的选取。青藏铁路多年冻土区清水河试验段热棒路基的设计计算结果表明:采用直径76 mm、散热面积3.27 m2、蒸发段长度5 m的热棒,能够很好地起到保护多年冻土的作用,其产冷量达1 900 MJ。热棒的合理纵向间距应在3.5~4.0 m;安全系数在1.1~1.2。相比之下,散热面积、蒸发段长度对产冷量的影响较明显,热棒直径的影响较弱。     

机械式制冷热管对多年冻土的制冷效果研究

多年冻土区路基防护技术是冻土科研人员长期研究的重点。基于多年冻土区现场试验,对研发的新型机械式制冷热管与普通热管的制冷效果进行对比分析。结果表明:(1)机械式制冷热管可以弥补普通热管在暖季不能工作的缺陷,能在暖季和寒季同时带走活动层中的热量,增加冷储量,有效保护多年冻土;(2)分别在寒季和暖季,机械式制冷热管比普通热管的侧壁温度在活动层中低2. 77～0. 39℃、1. 22～0. 13℃,在多年冻土层2. 0～6. 0 m深度范围中低3. 24～0. 52℃、0. 55～0. 12℃,机械式制冷热管年均温度比普通热管年均温度在活动层和多年冻土层中均低0. 74℃;(3)分别在暖季和寒季,机械式制冷热管的积温是普通热管积温的1. 4倍～2. 1倍、1. 4倍～1. 8倍,机械式制冷热管的年积温是普通热管年积温的1. 9倍。研究成果可为新型机械式制冷热管技术在多年冻土热稳定维护中的应用提供理论依据。     

太阳能制冷与热管制冷的多年冻土地基热稳定维护效果对比

在青藏高原风火山多年冻土试验场,对太阳能制冷装置与热管制冷装置用于维护多年冻土地基热稳定的效果进行现场对比试验。结果表明:在同等试验条件下,太阳能制冷装置显现出了较强的工作性能和制冷效果;太阳能制冷装置能够以多年冻土区丰富的太阳光照为热源动力,使制冷装置不分季节全时段工作,特别是在暖季,能够有效阻止环境温度对多年冻土地基的热侵蚀;太阳能制冷装置的年均地温降低幅度比热管制冷装置的大0.57~0.96℃,制冷影响半径比热管制冷装置的大0.13~0.87m,实际制冷量为热管制冷装置制冷量的1.97倍。     

青藏铁路多年冻土区热棒路基的设计计算

研究目的：热棒作为一种主动保护多年冻土的措施，已在青藏铁路多年冻土区路基工程中得到广泛应用。但是，由于缺乏现场测试资料，多年冻土区热棒路基的设计计算始终是一个难题。研究方法：根据青藏铁路多年冻土区清水河试验段热棒路基的现场观测资料，计算了2002--2003年寒季热棒的有效传热影响范围、最大传热影响范围和热棒的产冷量以及传热影响范围内热棒蒸发段土体温度的降低值，并根据计算结果提出了热棒设计所应采用的纵向间距。研究结果：（1）清水河试验段天然地面热棒的有效传热影响范围为1．50m，最大传热影响范围为2．16m；（2）寒季热棒工作期间的总产冷量为1149MJ；（3）寒季最大传热影响范围内热棒蒸发段对应土体温度的平均降低值为0．95℃。研究结论：为保证热棒传热影响范围内土体温度有较大的降低值，工程设计时热棒的纵向间距以3．0m为宜。     

道路限速区过渡段长度取值分析

研究目的:限速区过渡段是为避免道路相邻限速区由于限速值相差过大产生通行安全隐患而设置的过渡路段。由于同一固定限速值不一定能很好的适应道路条件或交通条件的某些特定区段,所以常常在某些路段提高或者降低限速值,采用分路段限速方案。而限速区过渡段长度成为限速研究的一个重要参数。本文试图通过对国内外道路限速区过渡段的长度计算进行分析,提出适合我国的合理的限速区过渡段长度。研究结论:通过对长安大学赵利苹的理论和北京工业大学贺玉龙、孙小端的理论与道路规范中的立交加减速段长度理论这3套理论及数据进行对比研究得出:(1)长安大学和北京工业大学仅对限速区减速段给出了计算值,对限速区加速段没有计算,限速区之间也应该有加速过渡段;(2)推荐道路限速区过渡段长度采用依据道路规范立交加减速段长度推得的数值;(3)不论是公路还是城市道路,下坡路段的减速过渡段和上坡路段的加速过渡段,在纵坡大于2%时,其长度应予以修正;(4)本研究成果可用于公路与城市道路限速管理。     

青藏铁路多年冻土地区热管路基三维数值分析

考虑多年冻土中水的相变,采用有限元进行热管保护多年冻土路基效果的三维数值分析。分析结果表明,热管能大幅度降低路基土体的温度,提升路基冻土上限,增大路基抵抗外界温度变化的能力,保证路基的长期稳定。考虑路基工程所在冻土区段气候和冻土条件,研究热管的有效影响范围,得出结论:热管的有效冷却半径为1 7m左右;在年平均气温为-5 2℃,冻土年平均地温为-1 0℃以上的高温冻土区,热管埋设间距宜取2 8～3 3m,可抬升路基冻土上限0 6～0 8m;在年平均气温为-6 3℃,冻土年平均地温低于-2 0℃的低温冻土区,热管埋设间距可加大到3 3～3 8m,路基冻土上限可抬升0 8～1 2m。     

青藏铁路保护多年冻土路基结构的措施研究

研究目的：青藏铁路穿越连续多年冻土区546．43km，防止多年冻土融沉是青藏铁路路基工程设计施工面临的首要技术难题。为指导设计与施工，在青藏铁路多年冻土区工程大规模施工前，在具有代表性的北麓河、清水河、安多3个试验段，先期进行片石气冷、片石及碎石护坡、热棒、通风管路堤等主动保护多年冻土路基结构的试验研究。 研究结论：片石气冷、片石及碎石护坡、热棒、通风管路堤通过改变路基的结构和填料，调节辐射、对流、传导所传输的能量，增加多年冻土地基的冷储量，改善多年冻土地基的热状况，防止多年冻土地基融沉，是保护多年冻土的有效工程措施，适用于多年冻土区路基工程。青藏铁路格拉段多年冻土区路基长380．30km，其中片石气冷、碎石护坡、路基设置热棒的长度分别为117．69km、127．00km、32．0km。青藏铁路主动保护多年冻土路基结构试验工程至少已经过6个冻融循环，未发现路基融沉病害；2006年7月后，多年冻土区列车以100km／h速度的平稳运行，证明了经主动保护的多年冻土路基结构稳定可靠。     

铁道知识有奖问答

1 、举世闻名的青藏铁路,正式开工建设的日期是: □2000年6月29日 □2001年6月29日 □2002年6月29日 2 、世界铁路第一高隧——风火山隧道海拔是: — □5219米 □4905米 □4510米 3、建设青藏铁路需要攻克世界性的 “三大难题”是: □人烟稀少 □交通不便 □多年冻土 □高寒缺氧 □生态脆弱 4、青藏铁路号称世界高原冻土地段第一长铁路桥是: □拉萨河特大桥梁 □长江源特大桥 □清水河特大桥 5、热棒是多年冻土区路基保护技术的一种,请问热棒的上部称为: □冷凝段 □蒸发段 □保温段 6、 年开工建设的粤海铁路通道,全线开…     

青藏铁路格拉段桥涵设计简介

青藏铁路格拉段全长 114 2km ,多年冻土区长达 5 46km。全线桥梁长度近 160km ,涵洞近 2 0 0 0座。其中 ,多年冻土区桥梁长度达 12 0km。青藏高原自然环境恶劣 ,铁路的建设涉及“高原、冻土、环保”三大问题。简要介绍桥涵设计 ,基础类型以及桥涵结构处理措施。     

利用热管-保温板复合结构提高冻土区路基稳定性研究

热管-保温板复合路基是青藏铁路应用广泛的一种新型路基结构形式。通过数学模型分析,推导出用于青藏铁路冻土路基热管的热流表达式,并用热焓法考虑冻土相变问题对该路基结构形式及无保温板情况施工后20年的路基温度场进行数值模拟。通过数值模拟可知：保温板能够有效地阻止热量由路基面向下传入地基中,使0℃等温线始终在保温板底层;复合路基多年冻土上限的位置要比无保温板时的高;该结构形式对路基中心、路肩和坡脚下的多年冻土上限抬升的综合效果更好;考虑施工条件后,复合路基在保温板铺设距离天然地面之上0.3~0.6 m对于路基稳定性最为有利;该路基结构形式为青藏铁路多年冻土区路基的理想结构形式,有利于克服全球变暖的影响。     

气候变暖条件下青藏铁路路桥过渡段长期热稳定性研究

基于过渡段相变的二维传热分析模型,对未来50年青藏铁路路桥过渡段温度场进行分析与预测,并定量研究过渡段高度和冻土类型对路桥过渡段长期热稳定性的影响。计算结果表明:1路桥过渡段下冻土上限由第5年的天然地表以上2.5 m,下降到第50年后的天然地表以下4.3 m,平均融化速率为15.11 cm/年;2过渡段冻土上限与过渡段高度呈非线性关系,随过渡段高度的增加,过渡段冻土上限先减小后增加;3随着冻土地基含冰量的增加,过渡段下融化盘径与最大融化深度逐渐增大,同时相同含冰量冻土地基融化盘径与融化深度的大小均随着距桥台距离的增大呈先增大后减小趋势,且最大融化深度均发生在距台前4 m左右处。     

青藏铁路多年冻土区片石护坡积沙段降温效果监测与分析

青藏铁路多年冻土区的片石护坡路基的大量使用,起到了降低路基基底多年冻土温度和调节多年冻土人为上限形态的作用,为青藏铁路的安全运营提供技术保障。青藏铁路多年冻土区沿线沙害主要分布在线路经过的河谷及湖泊附近,在风沙危害严重地段,片石护坡孔隙被沙害掩埋,改变了片石层传热特性,影响片石护坡的降温效果。通过室内试验及现场地温监测分析,根据不同条件(有无积沙、阴阳坡)对片石护坡的降温效果进行了对比分析,研究结果表明:(1)由于片块石层的大孔隙特性,使得片块石护坡能通过暖季隔热、寒季散热这一机理来对路基体进行降温,测温数据显示降温效果良好;(2)片石护坡积沙后其降温效果明显减弱,通过片石层内0.6 m和0.8 m深度的地温积温比较,积沙路段积温明显高于无积沙路段,其中路基阳坡侧高出约50%,路基阴坡侧高出约100%。     

青藏铁路自动温控通风试验路基观测结果分析

自动温控通风路基(自控路基)是基于通风路基的一种新型工程措施,自控系统通过充分利用冷能,可在很大程度上提升通风路基的降温效能.青藏铁路北麓河试验段自控路基的现场观测资料表明,自控系统实施后,通过暖季对通风管内对流换热作用的限制,路基的传热方式以热传导为主,由此使得通风管内整体升温幅度均小于通风路基,自控路基通风管内温度较通风路基约低1.0℃,且中心温度最低;在自控路基中,路基下3.5 m深度原多年冻土上限附近的地温降温幅度更为显著,在自控措施实施后两年的时间里,通过与通风路基对比发现,两者最高温度在降温过程基本一致的情况下,最低温度差值呈现不断扩大的趋势,观测期内最大差值为0.45℃;路基下3.0～3.5 m位置的热流计算表明,自控路基对应的年均放热热流量约为通风路基的2倍,即从传热角度说明,通过自控系统的实施可以提高通风路基的降温效能1倍左右;同时,自控措施将通风路基有效放热时间增加约40 d,这也是自控路基降温效能表现突出的原因之一.     

石灰桩对冻土地基预融效果模型试验研究

在高纬度冻土区修建基础工程,如何处理冻土地基使其满足承载力要求,是冻土工程施工技术的关键。为了研究石灰桩对冻土地基的预融和挤密效果,提出以破坏冻土为出发点的石灰桩放热预融方案。采用石灰桩预融冻土地基,通过群桩和单桩模型试验,测试桩周不同位置土的温度、含水率和密度的变化,确定石灰桩对冻土地基的预融和挤密影响半径。试验结果表明,所选用的桩体材料配合比,能够使桩间一定范围内冻土全部融化,提高桩间土的密度。     

基于数值模拟计算的A型动车组围护结构传热系数优化计算

运用数值模拟的方法对A型动车组各典型断面进行传热分析,并计算了车体围护结构的传热系数及各断面的权重。由计算结果可知,空调车厢有窗断面的权重传热系数最大,空调车厢有门断面及受电弓处有门断面的权重传热系数较大。分析了权重传热系数大的原因,提出采用热导率较小的玻璃、并适当增大双层玻璃中空气层厚度等措施来提高窗户处的保温性,提出车门框架采用热导率更小的材料来改善车门处的保温性,并提出增大受电弓处的车厢顶部保温层厚度来增强保温效果。     

大兴安岭多年冻土区输油管道工程水土流失成因分析及防治措施

根据大兴安岭的地形、地貌、气候、土壤、植被等自然因素和输油管道工程施工等人为因素影响进行水土流失成因分析,提出多年冻土区水工构筑物的防冻胀措施以及易产生水土流失的重点区段和水土流失防治要点,并给出多年冻土区有效的水工保护措施,即边坡防护、管沟防冲刷、冲沟处理、排水导流等措施以及高含冰量多年冻土水工构筑物的结构形式。     

冻土区病害桩基容许承载力的数值模拟分析

研究发现温度场的变化会对高原冻土区桩基承载力产生影响,针对某铁路桥梁桩基出现的承载力下降现象,考虑桩土所处的复杂温度条件,采用ANSYS有限元软件建立桩基温度场模型,分析冻土温度场变化对该桩基承载力的影响。结果表明:承压水、太阳辐射和气候变暖等因素的作用使桩土界面温度升高,导致桩基础容许承载力下降,温度场对冻土区桩基稳定性的影响不可忽视,桩基础施工应尽量减少热量带入到冻土地区中,减小对冻土的热扰动。     

青藏铁路冻土路基沉降变形预测

青藏铁路试验工程北麓河试验段冻土路基沉降变形现场试验研究表明:即使路基下冻土人为上限有所上升,冻土路基仍会产生较大的沉降变形。这种变形主要来自原天然上限以下高温—高含冰量冻土升温引起的压缩变形。路基下多年冻土的升温幅度、高含冰量冻土层厚度和路堤高度越大,路基的沉降变形量就越大。数值计算结果表明:在路堤填土满足临界高度,且考虑青藏高原年平均气温逐年上升的条件下,青藏铁路北麓河试验段冻土路基在未来50年内的总沉降量可能达到30 cm。因此,要控制冻土路基的沉降变形,必须采取主动降低多年冻土温度的工程措施,单纯靠增加路堤高度的传统方法不能解决问题,甚至适得其反。