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。     

冻融循环作用下多年冻土区公路路基三场耦合分析理论模型

冻土体在冻胀、融沉过程中受控于土体中的水、热、力的变化规律,其本质是冻土多孔介质中颗粒、冰晶体、未冻水这3种物质在温度势、土水势、压力与变形等外界因素作用下的相互运动、迁移、扩散与相变。基于饱和冻土冻融循环过程中,土水体系冰-水相变及未冻水的迁移规律,采用热物理学基本原理,推导了冻土水、热、变形三场耦合的理论架构模型与基本方程。同时选取青藏公路典型路面建立冻土路基二维数值计算模型,对其趋势和规律进行了初步分析,验证了构建的三场耦合理论框架的合理性和可行性。     

基于多年冻土条件下公路路基不稳定变形特性分析

为了对现有青藏公路路基变形采取更有效的养护措施以及为今后青藏高速公路的设计、施工提供参考,以青藏公路部分路基工程为研究对象,通过现场调查、理论资料研究对冻土路基不稳定变形进行了分析,探讨了冻土路基不稳定变形的主要成因及影响因素。结果表明,冻土的冻胀与融沉是冻土路基产生不稳定变形的主要成因,冻土本身的复杂性质及青藏高原气候条件是影响不稳定变形的主要因素。     

硫酸盐渍土水-盐-热-力四场耦合理论模型

针对硫酸盐渍土盐胀过程中较为欠缺的四场耦合理论,在已有的冻土三场耦合模型的基础上,建立了盐渍土水-盐-热-力四场耦合动力学模型。首先,基于水动力学模型和质量守恒定律,在水分场方程和盐分场方程中分别引入等效含水量和等效含盐量的概念,以此为耦合因子简化了水-盐-热耦合模型,不仅考虑了溶质扩散及水动力弥散的作用,还考虑了结晶盐-盐溶液相变(化学反应)对盐分迁移,以及结晶盐相变潜热对温度场的影响。其次,根据能量守恒定律,增加结晶盐的相变潜热,使温度场方程更符合工程实际情况。同时,在建立应力场方程时,盐胀部分由溶质的摩尔质量差进行计算,冻胀部分由原土中的部分水加上迁移来的水减去硫酸钠结晶所需要的水进行计算,从而推导出了应力与水分迁移、盐分迁移以及温度的关系,完善了盐渍土四场耦合理论。最后运用该理论模型,计算分析了新疆某公路盐渍土路基的盐冻胀变形过程。结果表明:计算所得地温规律、盐分迁移规律和盐冻胀规律与实测结果基本一致,计算与实测结果均表明,从秋末至来年春季,硫酸盐渍土路基经历了降温到升温的温度剧烈变化阶段,此阶段路基的变形过程可分为平稳区、缓慢盐冻胀区、剧烈盐冻胀区、盐冻胀变形滞后区、缓慢沉降区、剧烈沉降区6个部分。     

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。     

考虑相变作用的冻土路基变形场的数值分析

多年冻土活动层中每年都发生着季节的融化和冻结,并伴生有各种冻土现象。由此产生了多年冻土路基冻胀、融沉、纵向裂缝、反拱及波浪等一系列病害。冻土的冻胀融沉特性是导致道路工程冻害的直接原因,为了进一步定量描述其特性,本文建立了冻土路基变形场的二维数值计算模型,并应用有限元的方法求解路基土体冻结时变形场的分布规律。通过对土基范围内冻胀带对路基土体变形场作用的研究,进一步分析了冻土路基破坏的机理。     

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。     

季节冻土区高速公路路基冻胀试验观测研究

在季节性冻土区的路基工程中．冻胀是冻害的主要形式之一．冬季较强烈的冻胀也预示着春季可能要产生较严重的融沉和翻浆。根据2000～2002年间对吉林省长余高速公路路基冻张观测所获得的资料．描述了冻胀引起的路面变形破坏特征,对影响冻胀的因素进行了分析．并阐明了路基冻胀量沿冻深的分布状况。     

季节性冻土地区客运专线路基工程防冻胀措施研究

季节性冻土地区路基冻胀和融沉使路基产生不均匀变形,破坏轨道的平顺性,已成为影响铁路运行速度和安全的重大隐患之一。解决路基冻胀问题是季节性冻土地区路基设计的关键。文中结合哈大客专铁路路基工程设计,对季节性冻土地区铁路客运专线路基工程防冻胀措施进行研究。     

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.     

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...     

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。     

气泡混合轻质土在寒区道路中的应用

针对北方寒冷地区道路冻胀翻浆与地基融沉等病害,开展了轻质土在道路基层中的应用研究,并在试验路铺筑的实践基础上,阐述了气泡混合轻质土的力学特性与试验结果分析。初步证明,轻质土在冻土地基的隔热保温与台背填土的防冻胀方面效果比较明显。     

加热限位管与自然解冻对冻土温度场影响的对比分析

为解决人工冻结技术产生冻胀融沉所引发不良后果的问题,可设置加热限位管来达到控制冻胀融沉的目的。运用有限元软件研究了设置加热限位管与自然解冻对冻土温度场发展的影响规律,主要结论:无需加热时,间距800 mm单排冻结管在冻结50天时冻土厚度可达2.4 m;当限位管循环5 ℃热盐水之后,各点温度都有明显上升,离限位管越近温度受影响越大,随着时间的推移,各点温度趋于稳定,最终冻土厚度约1.4 m;而自然解冻工况下冻土帷幕最终厚度约1.2 m,整个冻土帷幕温度趋于一致、强度变得均匀,单从最终形成的冻土帷幕来看,自然     

季节性冻土区混凝土基床控制冻胀变形规律研究

季节性冻土区高速铁路采用混凝土基床控制路基冻胀变形，已取得了良好效果，但在季节性冻土区气候环境下还存在翘曲变形问题。结合工程实例，以混凝土基床路基为研究对象，开展混凝土基床变形控制试验研。结果表明:聚氨酯板具有减小混凝土基床冻结深度，抑制冻胀量的作用，其厚度越大防冻胀效果越好，但增加气凝胶保温毡厚度，不能明显减小混凝土基床的冻结深度和缩短冻结周期。     

冻融作用下水分迁移对压实黄土强度影响的宏微观试验研究

在季节性冻土区，冻融作用下土体的水分迁移及其伴生现象会诱发黄土路基发生病害，探明冻融作用下水分迁移对压实黄土强度的影响及其机制，对于黄土地区路基工程冻融病害防治非常必要。采用大尺寸设备对洛川黄土开展单向冻结-双向融化作用下的冻融循环试验，对土体温度场、水分场均加以监测，并在此基础上进行直剪试验和电镜扫描试验。结果表明：土体温度场在每级负温作用下50 h达到稳定，单向冻结完成后冻结深度为46 cm；含水量在冻结区增加，在未冻结区减小，土体融化后水分回迁但回迁量小于冻结时的迁移量；土体剪切强度与含水量分布沿土体轴向呈现出较强的一致性，冻融后土体强度随含水量增加而降低，临界冻结锋面处强度劣化效应最明显；随着冻融循环次数的增大，土体孔隙面积和分形维数均表现为增加，其中微、小孔隙减少，中、大孔隙增加，冻融循环7次后土体微结构基本趋于稳定，土体强度与孔隙面积成反比例关系；土体在冻-融过程中，冻结区水分的显著增加是造成土体强度衰减、孔隙增多的重要原因。     

季冻区公路路基冻害监测及分析

以国道109线那曲段工程项目为依托,通过监测及数据分析,分析那曲地区公路路基冻害的发育规律,并通过对路基土温度、含水率及冻胀量时程曲线分析,明确了路基土冻胀变形的阶段性变化规律,验证了路基中心位置防冻措施的有效性;坡面走向的阴面(路基右坡脚)受冻害影响更大,该区域类似走向的道路设计中应着重考虑阴阳坡效应.     

框架锚杆锚固寒区边坡的多场耦合分析（双语出版）

为了明确寒区框架锚杆边坡支护结构的工作机理,建立了框架锚杆支护冻土边坡的水热力耦合计算模型,采用有限元法进行了求解,基于MATLAB软件平台编写了计算程序,并通过已有的试验考证了程序的正确性。算例分析给出了边坡温度场、水分场、应力场和支护结构冻融反应的分布规律。结果表明：坡面上部受气温影响较大,融化时活动层含水量接近饱和,坡脚附近出现过饱和的“水泡”;冻结时剪应力最大值是融化时的2倍,且分布均匀,边坡处于稳定状态,融化时剪应力在活动层和稳定冻土层交界面发生突变,边坡处于不稳定状态,该交界面是潜在滑移面;在一个冻融周期内,锚杆轴力、立柱内力和水平位移均先增大后减小,且随坡高逐渐增大,3种工况下结构内力和水平位移的关系为冻结时大于融化时大于初始时;冻胀时各层锚杆锚头处轴力增量最明显,增幅沿杆轴方向逐渐减小,融化时锚杆轴力和立柱内力大幅减小,且留有残余变形。因此,框架锚杆支护冻土边坡时,建议支护结构应按冻胀工况进行设计和计算。     

季节性冻土的水-热-力建模与数值分析

为了防治季节性冻土区由水-热-力相互作用引起的道路病害,对季节性冻土水-热-力耦合问题进行了研究。根据季节性冻土的特点,重点考虑了基质势和压力势与温度的关系,给出了季节性冻土水-热-力三场耦合的数学模型,并将耦合问题归结为求解一个非线性、非稳态温度场微分方程,含水量、应力及蠕变变形都可以在温度求解以后算出。详细推导了该方程的数值解法,包括有限元方程、时间域离散及迭代方法。最后对国道G109橡皮山段季节性冻土区公路路堤进行了数值模拟,对计算值与实测值做了对比。结果表明:采用水泥加固砂砾垫层的对比断面与采用砂砾垫层的原断面相比,其温度更低,含水量及预测的路面变形量更小。