青藏铁路多年冻土区路基排水沟病害防治分析

通过现场调查,青藏铁路多年冻土区路基排水沟的破坏主要表现为渠道混凝土板的酥化、破裂及渠内渗水和积水。而造成排水沟病害的主要原因为气候条件及施工质量、土体往复的不均匀冻胀融沉、冻结层上水。青藏铁路多年冻土区路基排水沟的病害防治措施应从控制土体冻胀、融沉和采用可适应土体不均匀变形的渠道结构两方面考虑。     

多年冻土地区路基变形特征及影响因素

青藏公路沥青混凝土路面修建后,增大了路基下多年冻土的吸热量,导致了多年冻土融化。多年冻土融沉变形在冻土路基变形中占主导地位,其发生、发展与冻土温度及工程地质特性等有关。通过青藏公路唐南地区路基变形监测数据,分析了路基变形的特征及多年冻土融沉变形的影响因素。     

冻土路基温度场、变形场和应力场的耦合分析

基于提出的正冻土三场耦合的理论框架以及所开发的全面考虑正冻土骨架、冰、水三相介质水、热、力与变形的真正耦合作用的分析系统3G2001,对214国道花石峡试验路基实测的地温变化和路基路面变形进行了对比分析验证;根据路面冻胀融沉过程曲线,将冻土路基的变形过程分为4个阶段,即剧烈冻胀阶段、冻胀持续稳定阶段、剧烈融沉阶段和融沉持续稳定阶段,揭示了冻土路基冻胀融沉的热力学内在机制。对比结果显示:分析所得的路基温度场与实测值变化规律一致,其量化相差在10%~20%以内;分析所得耦合变形随时间的变化与实测值相一致,路中的分析变形值与实测值相差也在允许范围内。     

多年冻土地区路基冻胀变形分析

首先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,然后考虑土体体积力和土体冻结相变产生的冻胀力,采用考虑拉破坏的热弹性力学方法,分析得到多年冻土地区路基变形分布和演变规律;在此基础上,对冻土路基纵向裂缝的成因进行研究,揭示出冻土路基纵向裂缝主要出现于路面中部及路面靠近路肩部位,这与实际情况是相符合的。进一步的分析表明:采用低冻胀性的土填筑路基,如采用碎石土填筑,对于降低冻土路基冻胀变形及防治纵向裂缝病害是有效的。     

基于变形分析的多年冻土地区路基高度效应研究

青藏公路病害调查资料表明:热融沉陷是多年冻土区主要的路基病害之一,提高公路路基高度可以有效地控制路基变形,防止融沉病害.针对这一工程问题,提出了“冻土路基高度效应”的概念,描述因路基高度变化而引发的冻土路基变形、破坏等规律.基于冻土路基热弹塑性融沉计算模型,得到了不同温度条件下,路基变形随路基高度的变化规律,与实测数据相比,计算模型合理可行.计算结果表明:冻土路基的变形主要受控于多年冻土层的融沉变形;“路基高度效应”对于冻土路基变形影响较大;高温多年冻土区的路基融沉变形十分可观,其变形速率尤其值得关注.     

青藏铁路工程有关冻土问题及土工合成材料应用情况的介绍

大量的工程实践表明,冻土区筑路遇到的主要问题是冻胀和融沉,在季节冻土区主要问题是冻胀,而在多年冻土区主要问题是融沉。以保护多年冻土为原则,是多年冻土区工程措施中应用最为广泛的一种方法,它不但克服了冻土的融化下沉,而且充分利用了冻土强度高于融土的特性。本文在阐明对青藏高原多年冻土环境认识的基础上,简要地介绍了保护多年冻土的几种工程方法,并对土工合成材料在青藏铁路的应用情况作了简要的介绍。     

退化性岛状冻土路基位移场地温响应研究

退化性岛状冻土连续性差,退融速率快,冻土路基病害较为严重。掌握该类路基随地温变化的变形规律,就可从根本上解决其热稳定性问题。为此,建立了该类冻土路基位移场的理论分析模型和有限元模型,并以实际工程为依托,通过对工后1 a内路基地温场、位移场的数值模拟及实测分析,提出了退化性岛状冻土路基位移场的周期性地温响应规律及"热缩"效应。研究结果表明:在一个周期内,该类冻土路基位移场的地温响应过程可分为冻胀、压缩及融沉3个阶段。其中冻胀与压缩阶段,地温变化对路基热稳定性影响较小,而融沉阶段产生的融沉位移对路基稳定性影响较大,且较地温变化有一定的滞后时间,当地温环境由升温状态向降温状态转变时发生,在此期间应加强对路基冻土的保护和监测。     

多年冻土路基融沉数值模拟

为考察多年冻土路基在温度变化下的融沉问题,建立了相应的有限元模型。通过选取典型断面,在青藏公路实测数据的基础上进行了路基温度场计算模拟,其结果为后续的路基融沉提供了温度场-力学耦合计算的前提。路基融沉计算模型在导入温度场后,分别进行了自重作用和温度作用下的融深对地基沉降变形影响的计算。结果表明,不同的冻土融深对沉降变形影响不同。多年冻土地区修建公路,应采取措施保护冻土上限,减小路基融化深度。最后,在融沉计算的基础上提取了相应的融沉曲线回归式。     

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。     

冻结法在强扰动地层地铁联络通道施工中的应用

结合广州地铁二、八线延长线工程南浦站-洛溪站区间联络通道冻结法施工,简述了冻结施工中关键节点--冻结施工前准备、开挖及后期融沉控制等的注意事项,并对冻结全过程的冻结盐水温度、冻土温度、卸压孔压力、冻胀压力等进行跟踪监测。通过对监测结果进行分析,获得冻结盐水温度、冻土温度、卸压孔压力、冻胀压力等变化规律,据此为联络通道冻结施工提出建议,并将本工程与常规冻结法施工进行对比,指出了卸压孔压力、冻胀压力及冻胀融沉变形等变化规律与常规地层的冻结不同。本工程的成功经验可供其他相似工程参考。