寒区高速公路路基填料冻胀特性的试验装置及方法

共和至玉树高速是我国在青藏高原多年冻土区修筑的第一条高速公路,建成后对于维护边疆地区的稳定和促进藏区的发展具有重要的意义。提高冻土区路基的稳定性是保证公路良好运营的最基本条件,以共玉高速公路多年冻土区路基填料为研究对象,通过现场调查和室内试验相结合的方法,根据填料冻胀特性要求,按照粒径大小确定出了路基填料的分类标准;总结出了适用于多年冻土区路基填料冻胀特性的试验方法;确定了最适宜的粗细填料冻胀特性试样高度;根据得出的路基填料冻胀试验的最小的试样几何尺寸数据,设计并试制出了用于测试路基细、粗填料冻胀试验制备试样的两类试模,同时在试验中引入压实度的因素使试验与实际更为吻合,解决了现阶段无法解决的冻土区填料冻胀试验的难题,为以后开展路基填料冻胀特性试验研究工作提供了依据。     

季节性冻土地区铁路路基防冻胀设计研究

针对我国西北和东北季节性冻土地区铁路路基存在的冻胀问题,总结了哈大、哈齐、牡绥线等线路路基防冻胀设计措施;通过分析路基冻胀变形监测情况,可得线路冻胀变形控制良好;针对季节性地区路基防冻胀填料的选择和防冻胀设计深度的确定等,提出了设计建议。     

东北季冻区复合土工布处治低填浅挖路基病害技术研究

松通项目属于东北季冻区,季节性冻融显著,公路低填浅挖路基往往是路基病害频发的部位。由于路基修筑高度低,在地下水位及季节性冻胀的共同作用下,出现路基不均匀冻胀、融沉,严重影响公路运营安全。为解决这个施工难题,文章对翻挖碾压、挖除换填、增加碎石盲沟、设置复合土工布等几种处理方式进行分析和对比,主要包括路基技术指标及不同处理方案的经济性分析对比。路基含水率的变化是引起路基冻胀与翻浆的主因,采用换填、碎石盲沟及复合土工布处治方式对低填浅挖路基病害可起到防治作用,但是换填及盲沟处治具有不彻底性、不均匀性,仅增加了填料的抗冻性,且成本高;复合土工布处治具有彻底性、全面性,能够提供路基一个相对稳定的环境,经济性好,但是耐久性不确定。文中研究将防渗复合土工布应用在低填浅挖路基路床底或冰冻线附近,形成防水隔断层,以保证路基路床范围或冻深范围内的填料含水率处于稳定状态,避免外界水进入路基填料中在冻融环境下引起路基冻胀、翻浆病害发生。     

109线橡皮山段砂质粉土冻胀特性试验研究

利用冻胀试验装置,对国道109线青海省境内橡皮山段严重冻胀翻浆路段路基填料的砂质粉土,在封闭系统和开敞系统中单向冻结,在静荷载作用下进行了一维冻胀试验。试验结果表明:在封闭系统中冻胀量随含水量的增大而增大,试样也将发生水分迁移现象;开敞系统冻胀量远大于封闭系统冻胀量,且与初始含水量有关。     

冻融循环对改良粉土力学特性影响的试验研究

为研究冻融循环作用对西藏地区粉土力学性质的影响,对不同水泥掺量的改良土在同一冻结温度、不同冻融循环次数下进行水稳定性试验、无侧限抗压强度试验、冻胀融沉率试验。以期得到冻融循环后改良土的水稳定性、强度特性及冻胀融沉特性的变化规律。试验结果表明:2%水泥掺量的改良土在季冻区不能满足路基填料要求;季冻区水泥改良土作为路基土的设计中,可以以冻融5次后的强度作为水泥改良土的设计参考强度;4%掺量水泥改良土其冻胀率及融沉率均小于1%,为不冻胀、不融沉土,符合二级公路路基填料对土体冻胀融沉率的要求。     

不同荷载形式下的路基粗粒土填料稳定性分析

采用传统三轴试验法和PFD~(3D)软件构建路基粗粒土填料模型分析了不同静载荷作用和循环荷载作用下的路基粗粒土填料各项力学性能。研究结果表明:静荷载和循环荷载作用下,路基粗粒土的体积应变均会发生体缩变形向体胀的转变。静荷载作用下,随着偏应变的增大,不同围压下的粗粒土应力比呈现出一个先增加后保持不变的趋势,围压较高路基土填料体积应变和应力比最大处对应的偏应变较大;循环荷载下,路基粗粒土应力比随着时间步数的增加在极短的时间内达到最高峰值,随后围绕平衡位置上下波动;偏应变在荷载加载阶段呈线性增大,在荷载卸载阶段呈线性减小,不可逆变形值接近于0. 013,表明路基填料具备了较大抗变形能力。     

寒区路基涵洞在冻胀变形作用下的受力特性研究

应用ANSYS有限元计算软件对寒区路基涵洞进行了模拟计算,采用不同的工况模拟寒区路基涵洞的冻胀影响,对涵洞-冻土整体数值分析模型进行了非线性有限元分析。对路基涵洞在不同冻胀率、有无垫层、不同垫层厚度下的位移及拉应力关系进行分析。揭示可能导致路基涵洞结构发生破坏的主要因素如冻胀率及冻胀深度等的设计限制值,给出了路基涵洞结构在不同冻胀变形下垫层厚度的安全限制值。     

季节性冻土路基冻胀时的稳定性分析

冻胀是季节性冻土区路基、多年冻土区路基冻害的主要原因。运用有限元程序对冻胀时的路基稳定性进行分析,得出冻胀时的应力和应变。     

季节性冻土地区高铁路基冻胀规律及防治对策研究

哈大高铁是世界上首条投入运营的新建高寒季节性冻土地区高速铁路。通过对哈大高铁路基冻胀监测数据综合分析，研究了路基冻胀发展变化规律，结果表明:路基冻胀发展包括初始波动、快速发展、稳定维持和融化回落期4个阶段，最大冻结深度普遍大于标准冻深；冻胀变形总体可控并趋于稳定，冻胀变形主要集中在表层级配碎石层，较高的路基含水率加剧了冻胀变形。建议后续路基冻胀防治应对设计冻深根据填料类别等因素进行修正，采用路基基床级配碎石掺水泥不冻胀整体结构，将冻胀观测结果作为沉降评估的重要依据。     

严寒地区客运专线路基冻胀原因及处治措施

针对严寒地区客运专线路基段线路在冬季时出现的抬升情况，通过现场勘探、检测结果，线路抬升是因路基在冬季负温下基床内水的冻结膨胀所致。地表水下渗、地下水毛细作用和冻结过程中的聚冰效应致使基床含水率超过最优含水率一定范围时，即使是粗颗粒填料，在严寒低温下填料冻胀率随填料含水率增大而增大。根据以上原因，采用渗水盲沟等措施，确保了既有设施的安全。     

路基水盐迁移及其对路用性能的弱化影响研究

针对盐渍土地区的高速公路填料，采用自制冻融循环试验装置进行了冻融循环作用下砾类土路基水盐迁移试验，结果表明:距路基顶面20 cm以下的中上部土层为主要的“聚盐层”，此高度范围主要发生盐分迁移和“水去盐留”的蒸发聚盐过程。分析了细粒含量对砾类土路基冻融循环冻胀变形量和压实度衰减率的影响，细粒含量越高，路基冻融变形量越大，压实度衰减率越大。土样经过冻融循环后，其回弹模量和CBR显著降低，冻融循环引起的路基次生盐渍化导致其路用性能的弱化。从减少毛细水和盐分迁移、减缓路基压实度衰减和冻胀角度出发，季节性大温差极端环境下强盐渍土地区砾类土路基填料应将细粒含量控制在10%以下。     

季冻区黏性土路基冻胀变形控制标准研究

依托绥北(绥化—北安)高速公路,在现场长期观测的基础上,借助有限元分析软件ABAQUS对高含水量黏性土路基冻胀变形进行数值模拟,得到了路面结构层的最大弯拉应力与路基顶面的差异变形率之间的线性关系,提出了基于设计使用寿命的路基冻胀变形控制标准,在标准轴载和超载轴载下路基冻胀产生的差异变形率分别控制在3.07‰、2.27‰,从而保证设计使用寿命内路基和路面结构的安全.     

某公路冻害室内冻融试验分析

以国道109线某段工程为依托,通过现场地质环境调查、理论分析及室内试验等手段进行路基冻胀、融沉变形特性的研究.分析研究得到了路基土温度场、水分场和变形场的变化规律,并评价了不同条件下路基土的冻融变形程度,分析了不同细颗粒含量和含水率变化情况下土样冻胀变形规律.研究成果为地区路基冻害治理提供了依据,对路基填料的选择具有借...     

车轮荷载下路基和基底竖向应力计算

在标准交通荷载作用的前提下,考虑非标准交通荷载和路基填土密度的变化,分别计算了集中轴载和均布轴载作用下路基和基底内竖向附加应力和总应力。计算均布交通荷载下路基内应力时,考虑了由于路面材料和路基材料抗压模量差异引起的应力扩散角的存在;计算基底内应力时,将路基作为条形基础,对路基中心下基底内不同深度处的应力进行了计算。计算结果和思路可为验证特殊交通荷载(如超载)下特殊填料(如软岩、风化岩、人工材料等)的承载能力提供理论参考。     

季冻区粉砂土冻胀试验及路基冻胀模型

粉砂土的毛细作用较发达,在季冻区冻胀现象较为显著.为进一步了解粉砂土的冻胀规律,对粉砂土试件在不同含水率和压实度条件下进行室内冻胀试验,得出了不同条件下粉砂土的冻胀率,在试验结果的基础上运用数学冻胀模型计算出粉砂土路基的冻胀量.结果表明:路基冻胀量随着含水率、压实度的变化而变化,含水率和压实度是影响路基冻胀的两个主要因...     

哈大客专路基冻胀变形的观测与分析

通过哈大客专路基冻胀变形的观测,从全线路基冻胀量的大小和分布、不同结构类型路基冻胀量的差异和发生概率,以及冻胀量沿深度的变化和组成等方面,进行了阐述;通过冻胀原因和控制性因素分析,指出哈大客专路基冻胀变形部位主要集中在基床范围,得出现有路基结构形式下,冻结深度不是控制路基冻胀量的主因和控制基床冻胀变形,特别是基床表层冻胀变形是解决路基冻胀问题的关键等结论;并对寒区高速铁路路基结构形式进行了探讨,为寒区高速铁路路基冻胀病害的防治提供参考。     

寒区引水隧洞围岩冻胀特性分析——以新疆布伦口水电站引水隧洞工程为例

为解决寒区水工隧洞围岩在低温作用下孔隙水相变引起的冻胀问题,以新疆布伦口水电站引水隧洞工程为依托,基于弹塑性力学理论,采用有限元建模分析方法,考虑低温水-冰相变引起的围岩热力学参数变化,使用有限元软件建立温度-渗流-应力耦合模型,计算围岩冻胀力弹塑性解析解及围岩瞬态温度场、冻胀应力和位移,分析冻深变化规律以及冻胀前后的应力变形规律。研究结果表明:1)受低温影响围岩孔隙水发生相变,冻结圈随时间推移向围岩内部移动,冻深随之增大,且冻结计算时间200d内最大冻深为2.04m;2)围岩受冻胀作用后的应力为0.392～0.527MPa,较冻胀前相比有一定幅度的增长;3)围岩水平位移变为-0.36mm,竖直位移由冻胀前的-9.59mm变为-8.41mm,围岩状态表现为水平收缩0.36mm、拱顶沉降1.18mm。     

Mechanism Analysis on Subgrade Frost Heaving in Seasonal Frozen Region

为掌握季节性冰冻地区路基冻胀机理,减少由于路基冻胀融沉而产生的路面开裂、沉陷及翻浆病害,在重冻区路基中埋设了温度传感器,进行冰冻期路基温度自动监测,同时,对季冻区典型道路冻害进行了钻探调查.结果表明:上路床降温幅度大,降温速率高,路基土发生了快速原位冻结;下路床降温幅度小,降温速率低,发生了充分的水分迁移及焦聚现象,为聚冰带出现的深度;不同路基土质中冰的存在形式不同,且不同形式冰结构出现的深度和含水量呈现出一定的规律性;聚冰带出现的平均深度范围为1.08～1.65 m,含水量平均分布范围为14.7％ ～23％,含水量最大值均接近或超过了土的塑限含水量,冰晶析出,构成冻胀量的主体部分.在上述研究基础上,发现季节性冰冻地区路基冻胀是一个因路基密实程度和湿度不同,随着冷量推进和水分迁移热平衡状态不断形成和破坏,产生不同形式冰结构构成冻胀量的过程,建议通过排水、阻水措施控制路基湿度,并加强路基填料的均匀性、密实性控制,从而减少和防止路基冻害的产生.     

非饱和土路基降雨渗流分析

基于路基内部水运动原理,分析了降雨对路基的浸润作用,探讨了IEM和FDEM降雨模型雨水入渗路基机理,推导出降雨作用下雨水入渗路基深度公式;研究了降雨作用下非饱和土路基的饱和-非饱和流,基于一般渗流方程的基础上,初步推出了降雨作用下非饱和土路基的饱和-非饱和渗流公式。结果表明,降雨主要通过雨水对路面裂缝、路堑边坡渗流作用及毛细作用来浸润路基;路基渗流深度受降雨强度、降雨时间、土的吸水率等因素影响;最后,根据提出的公式进行数值模拟,模拟结果与试验对比吻合较好。     

粗颗粒路基土冻胀特性研究现况

在一定的组合条件下，粗颗粒路基土也可以发生冻胀率超过百分之一的显著冻胀。重点论述影响粗颗粒路基土冻胀敏感性的关键因素——土质、水分特征及荷载方面的研究成果，对比分析国内外冻胀特性评定标准和土的冻胀理论，列举评价两个目前普遍被认可的冻胀模型及其后续发展，提出未来寒区粗颗粒路基土冻胀特性研究方向建议。