季节冻土区保温法抑制铁路路基冻胀效果研究

模拟气候因素变化过程,得到不同时期冻土路基温度场分布,温度场随时间的变化可以反映出冻结相变区的变化;进一步分析表明,铺设保温板后,对路堤中心下冻结深度线的提升具有显著的作用,但对坡脚附近土体冻结深度线影响甚微,应当做好路基边坡防护工作.考虑土体体积力和土体冻结相变产生的膨胀力,采用热弹塑性冻胀计算模型,得到冻土路基冻胀时的变形和应力分布.在此基础之上,对冻土路基发生最大冻胀时的变形场和应力场进行分析,结果表明:利用保温法增大热阻,推迟或预防地基土的冻结,可明显减小路基冻胀隆起变形,使路基中拉应力(拉应变)减小;铺设保温板后路基坡脚附近天然地表下季节冻结层土体仍发生较大冻胀变形,其冻结时巨大的冻结膨胀力对路堤边坡仍有一定的破坏作用.建议与换填法相结合,改善坡脚附近冻胀敏感性土的土质,减弱其冻胀性,从而减小冻胀力对路堤的破坏作用.     

严寒地区铁路路基冻融沉降数值模拟研究

严寒地区铁路路基地处冻土区域,受温度等因素的影响易产生路基沉降变形。以严寒地区某铁路典型路基断面为研究对象,利用Midas有限元数值分析软件,在考虑季节性冻土结构性、冻融循环的基础上建立了冻融循环和列车动载耦合作用下的路基沉降预测模型。根据冻融循环期,将模型划分为若干个过程进行模拟分析,实现了季节性冻土体力学特征值的动态控制,为沉降变形计算提供依据。     

基于突变理论的岩溶区路基顶板安全厚度分析

对岩溶区溶洞顶板稳定性常用计算方法进行分析.在此基础上,根据岩溶区路基溶洞顶板工程特点及溶洞顶板受力特性,建立岩溶区路基的力学模型.并引进突变理论,通过建立相应能量势函数和分叉集方程,导出岩溶区路基承载力及其下伏溶洞顶板安全厚度确定的尖点突变模型,结合岩溶区路基下伏溶洞顶板失稳破坏条件,由此提出了岩溶区路基下伏溶洞顶板安全厚度的确定方法.通过工程实例对本文方法进行验证.结果表明,该方法能满足工程要求,具有一定的理论价值与工程实用价值.     

动荷载作用下高温冻土路基动力响应的模拟试验研究

高温冻土地区铁路路基,由于列车动荷载对土体产生扰动而影响其稳定性。通过分析影响冻土路基应力、变形及温度场等主要因素,建立冻土路基模拟试验装置;在路基内部及周围地表布设压力和变形传感器,并用自行设计列车动荷载加载装置对路基施加模拟荷载,进行冻土路基动力响应模拟试验。试验获得不同动荷载频率作用下路基周围地表变形以及内部土压力的变化规律。试验结果表明:动荷载频率对地表竖向位移及路基土压力的影响均存在一个临界值,采用适当的列车行驶速度可减小对冻土路基的挠动;路基内部温度场监测结果表明,动荷载可引起土体局部温升,建议采用积极的防护措施以保护路基的冻结状态。研究成果可为维护青藏铁路路基稳定提供参考。     

青藏铁路运营期间低温冻土区片石气冷路基工程效果分析

冻土区筑路技术问题的关键是冻土的热稳定性,这种热学问题的力学表现是路基变形。通过对青藏铁路运营期间冻土区典型地段路基地温场和路基变形特征的分析,指出青藏铁路冻土区路基地温场形态控制了长期运营期间的路基变形总量和横向差异变形总量。这些变形主要由冻土季节融化层土体的冻胀融沉变形、冻土压缩变形、冻土长期蠕变变形组成。工程监测以及理论计算证明了片石气冷路基结构保护冻土效果的长期可靠性,证明了其减少运营期路基变形,保证冻土区路基工程的长期稳定性的效果。     

换填法抑制季节冻土区铁路路基冻胀效果分析

以沈哈线路基A、B组填料为研究对象,采用室内冻胀试验,研究粉黏粒含量对其冻胀特性的影响.试验表明:路基填料的冻胀系数随粉黏粒含量增加而增加,且增幅逐渐增大;结合沈哈线路基基床厚度及沿线最大冻深,为保证路基不产生冻胀破坏,应确保换填用路基A、B组填料中不含有粉黏粒.采用非稳态相变温度场的数学模型和热弹塑性冻胀模型,进行沈哈线换填试验段冻土路基冻融过程温度场及冻胀应力、变形场计算分析.结果表明:天然地面下2m左右为冻融活动层,是诱发路基土体冻胀的主要因素;用非冻胀性A、B组填料换填基床厚度范围内的冻胀性土层后,路堤填筑土体无冻胀变形产生,路基中的拉应力(拉应变)区域外移到距离路堤坡脚4m以外的天然地表下土体,大大减弱了对路堤的破坏作用,计算结果与实际情况相符.     

应用热管技术提高多年冻土地区路基稳定性的数值分析

热管技术是青藏铁路多年冻土地区路基中最常使用的措施之一。本文采用理论计算和数值模拟的方法对应用热管技术解决冻土铁路路基下沉问题的热影响进行了分析。分析结果显示采用热管技术对冻土路基问题是一种很好的解决方案     

多年冻土区含保温夹层路基温度场的数值模拟

多年冻土区道路的修筑，改变了原来天然地表与外界的热交换关系，引起多年冻土区冻土的融化，从而导致路基面破坏，本文运用有限元分析方法，对多年冻土区含保温夹层的路基度场进行了数值模拟，为了检验保温材料的效果，计算时采用改变保温材料聚苯乙烯（EPS）层的厚度，宽度，埋设位置及路基表面条件，来模拟路基面下多年冻土季节最大啧2化深度在今后50年内随时间的变化，通过对计算经和多年冻土上限变化的分析比较，得出了在多年冻土区路基中铺设保温材料对路基面下多年冻土具有明显的保护作用，总结出在多年冻土区路基工程中铺设保温层的合理厚度与位置。     

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。     

挤塑泡沫保温隔热板在冻土区道路工程中的应用

在冻土地区修筑道路所遇到最主要的问题是冻土融化而引起路基下沉失稳和路面开裂破坏。根据修筑公路引起冻土融化的原因,介绍了一种新型道路保温隔热材料——挤塑泡沫保温隔热板,应用在冻土地区道路工程中,能明显防止或延缓冻土的融化速率,从而保证道路的稳定,并阐述了铺设保温隔热板的施工技术要求,以期对冻土区公路建设有所借鉴。     

含裂纹的双块式无砟轨道道床垂向振动特性分析

基于线弹性断裂力学理论和车辆-轨道耦合动力学理论,采用有限单元法,建立含道床裂纹的车辆-双块式无砟轨道垂向耦合动力学模型,模型中通过设置奇异等参元来反映三维裂尖应力场、位移场的奇异性,由节点位移外推法得到在列车动荷载作用下道床裂尖的应力强度因子,最后探讨裂纹对道床振动特性的影响。结果表明:在列车动荷载作用下,裂尖附近的应力场强度主要由Ⅰ型应力强度因子控制,裂纹出现张开与闭合的交替状态,裂纹在一次列车动荷载作用下不会发生失稳扩展,但应注意其疲劳扩展导致道床的断裂破坏;裂纹对道床的振动位移和振动加速度影响较小,但对道床的动弯应力和道床下层钢筋的动应力影响明显,会加速道床的疲劳损伤。     

饱和软黏土循环累积孔压模型及地铁隧道路基长期沉降计算

不同围压和固结方式下,在进行上海地区第4层饱和软黏土不排水循环三轴试验及累积孔压影响因素分析基础上,引入修正动偏应力水平,建立循环累积孔压显式模型;并利用循环三轴试验结果验证模型合理性。提出交通荷载作用下软土地基长期运营沉降分析方法,并应用于上海地铁隧道路基长期沉降预测。该方法采用拟静力有限元计算循环累积塑性变形和孔压显式模型相结合的方式,所需计算参数易于确定;对其他循环荷载作用下软土地基长期沉降预测有借鉴作用。     

路基冻胀区双块式无砟轨道动力特性研究

纵连式无砟轨道在路基冻胀区域极易产生轨道结构断裂破坏及结构层离缝等病害。为研究纵连式无砟轨道在路基冻胀状态下的损伤机理,文章建立车辆-轨道-路基冻胀一体化动力学分析模型,对路基冻胀状态下轮轨动力响应特征、轨道结构动力响应特征及影响因素进行分析。结果表明:路基冻胀波长为10 m时,双块式无砟轨道各动力特征达到最大值;冻胀波长大于20 m时,各动力特征逐渐趋于稳定;列车荷载在层间离缝位置处使得轨道结构反弯,轨道结构层顶部纵向拉应力增大;20 m以下冻胀波时,拉应力超过或接近设计强度值;无砟轨道各动力响应特征最大值随冻胀幅值的增加显著增大,季冻区施工及运营期间应控制冻胀幅值增加。     

公路路床常见处理措施

通过对汽车荷载作用下路床的受力分析,探讨不同的路床处理方法的适用性。设计中常用的处理方法有翻挖晾晒、掺灰处理、换填及深层处理。翻挖晾晒和掺灰处理主要对原土的含水量进行改良,掺灰处理还可以降低土的膨胀性;换填是将路床范围的不良地层超挖,然后分层回填合格的路基填料;深层处理常常将路床及路床以下地基一并处理。良好的路床对路面的稳定性和耐久性起到至关重要的作用,故在设计中应重视路床部位的处理。     

劈裂注浆能耗分析

假设土体服从摩尔库仑破坏准则,劈裂注浆的劈裂是指土体在注浆压力作用下压缩屈服和浆液的楔入。将压缩过程视为无限土体中的圆孔扩张问题,根据注浆过程中能耗区土体在注浆压力和静止土压力作用下的应力、应变和体变关系,以及注浆扩孔过程中的能量和体变守恒原理及土体的屈服准则,推导出劈裂注浆的初始启劈注浆压力求解公式。利用该求解公式计算的结果与现场试验结果较为吻合。从能量耗散角度,分析土体在劈裂注浆过程中的能量耗散,可以得出:劈裂注浆过程中主要的能量消耗在土体的劈裂、土体的裂缝延伸及土体的塑性变形上,其他方面的能量消耗相对较少。     

无碴轨道桩板结构路基在地震荷载下的动力响应分析

结合遂渝线无碴轨道桩板结构路基,采用天津(1976年)地震波,基于弹塑性本构关系,建立桩、板和土体的三维实体模型,利用有限元软件ANSYS,对桩板结构路基在地震荷载下的动位移、加速度及竖向应力的动力响应进行数值模拟。分析计算结果可知,在地震荷载下桩板结构路基不同位置处的动位移、加速度响应基本一致,滞后现象不明显;桩底持力层的动位移、加速度幅值略小于其他位置。相对于输入的地震加速度,桩板结构路基响应的加速度幅值被放大,而对应的时刻都滞后于输入的加速度最大值的时刻。在桩截面处的承载板受力不利,所以在桩截面处的板截面需加固处理以满足抗震设计要求。桩的存在对周围土体的动力响应有一定的影响,但总体来说,影响程度很有限。     

铁路隧道整体道床的沉降与基底状况关系的分析

为查清铁路隧道整体道床破损的原因,研究在列车作用下道床的沉降与基底状况的关系,根据焦柳线银匠界隧道整体道床实际情况建立力学计算模型。采用弹塑性有限元法进行计算,绘出在不同的基底状况下地基弹性模量与铁路隧道整体道床沉降的关系曲线。计算得到的沉降值与实际测得的数据吻合。研究表明:道床的沉降和道床下软基被淘空的情况有关,以道床下软基两端逐步向中间被淘空为最不利情况。道床的沉降和基底的弹性模量成非线性关系,在基底弹性模量不断减少的一个较大的范围内,整体道床的沉降比较均匀,而当地基弹性模量降至30 MPa以下时,整体道床的沉降将急剧加大。利用所绘制的关系曲线,并根据查明的道床基底地质情况可预报该区域的沉降,或根据道床的沉降估计道床的基底情况。通过计算还发现,在基岩、侧沟、边墙、人行道和围岩对整体道床的作用中,围岩的作用有限。     

季节冻土区防冻胀护道对保温路基地温特征影响效果研究

运用土壤冻结条件下水热耦合输移基本方程及数值方法,考虑在铺设保温层情况下,加铺防冻胀护道对路基地温特征的影响规律,并与未加铺防冻胀护道的情况进行对比分析。结果表明:铺设保温材料对减小路基中部附近土体季节冻结深度有明显作用,但对路基两侧冻结深度影响相对较小;加铺防冻胀护道对边坡下土体季节冻结深度有一定程度的抬升作用,上升幅度由路基坡脚向路肩逐渐减小,但对路基中部附近土体季节冻结深度影响甚微;保温板-防冻胀护道复合路基结构形式,充分利用两种措施优点,对路基中心、路肩以及坡脚下最大冻结深度抬升的综合效果更好,抬升最大值分别为1.48、1.01、0.68 m。     

地铁运行荷载引起的隧道地基土动力响应分析

利用轮轨耦合模型,计算某城市地铁列车运行时产生的轮轨力。利用有限单元法分析该轮轨力引起的地基土动应力比值的变化规律、影响范围及动应力比值与列车运行次数的关系。分析结果表明,列车振动引起的拱腰附近及拱底轨枕正下方土层的动剪应力较大;列车运行的水平向影响范围大约为15 m,垂直向影响范围大约为3 m;列车运行初期,动剪应力随列车通过次数的增加而增大,运营后期,增加幅度趋于平缓;在现行的高低偏差管理容许值范围内,线路局部地段的高低不平顺对地基土动剪应力比的影响不大。     

采用长距离水平冻结暗挖法的浅埋大断面地铁隧道施工技术

通过人工冻土试验、有限元数值分析和大型物理模型试验,研究浅埋大断面地铁隧道采用长距离水平冻结暗挖法的施工技术。通过现场土的人工冻土试验,得到土体冻结的物理力学指标。有限元数值分析结果表明,随着冻结壁厚度的增加,冻结壁的强度和稳定性增加。大型物理模型试验结果表明,冻胀和融沉量都随着冻结壁厚度的增加而明显增大;当冻结壁厚度为4.5 m时,预测实际工程地表冻胀和融沉量均已超过允许值。根据上述研究结果,进行了冻结施工方案的设计和优化。在施工过程中,改进超长距离水平冻结管连接方式,采用跟管钻进新技术,确保了冻结孔的成孔质量;采取设置卸压孔、加大盐水流量和融沉跟踪注浆等技术措施,有效地控制了地面的冻胀和融沉,确保了工程顺利地完成。