多年冻土区封闭条件下片块石路基降温效果数值分析

片块石路基是多年冻土区公路建设中的一种主动降温的措施,根据多孔介质对流传热理论,对封闭边界的片块石路基温度场进行数值模拟计算,分析在全球气温变暖和沥青路面强吸热特性双重影响下的片块石路基的降温效果,并对其长期热稳定性进行预测分析。结果表明:片块石路基能够很好地发挥"热二极管"效应,寒季增加路基的蓄冷量,暖季可有效阻止外界热空气进入路基,对于防止多年冻土融化、主动保护冻土起到了积极有效的作用;片块石路基在短期内降温效果显著,但从长远分析,片块石单独应用于多年冻土地区公路路基中难以发挥主动降低地温、保护多年冻土和维护路基热稳定性的作用,必须进行补强。     

多年冻土区片块石路基尺度效应的数值研究

为了分析片块石路基的尺度效应问题，通过数值手段，计算相同条件下窄幅和宽幅路基的片块石层对流强度和冻土地温。研究结果表明:相比于窄幅路基，宽幅片块石路基的最大对流风速降低了34%，冻土上限下降了1.08 m，冻土年平均地温升高了0.90℃。因此，对片块石路基的尺度效应问题不容忽视，表现在工程应用上，不能简单地将片块石路基直接应用于多年冻土区高速公路宽幅路基，应采取结构优化设计，或与其他结构组成复合路基结构。     

片块石路基在高温多年冻土区降温效果研究

片块石通风路基是一种典型的冷却路基的工程措施,为研究这种路基在高温多年冻土区的降温效果,进行了现场实体工程试验。试验结果表明,片块石路基可以产生对流换热机制,具有降温能力,有利于提高高温多年冻土区路基的热稳定性。     

高温不稳定多年冻土区片块石路基热状态变化分析

基于高温不稳定多年冻土区长期温度数据,针对片块石路基温度变化、热收支、冻融循环特征进行了分析。结果表明,片块石层作为主动冷却措施的一种,增加了冷热空气的交换,减少了进入路堤的热量,有效地减少了热扰动对路基下路多年冻土热稳定性的不利影响,但观测期间路基中心下的最大融化深度有逐渐增大趋势,且热量在路基阳坡热收支远大于阴坡,右路肩热收支是左路肩的2. 73倍,右坡脚热收支是左坡脚的2. 29倍,这种热量差异引起路基阳坡下伏多年冻土升温大于阴坡,导致阳坡冻土上限发展速率明显大于阴坡。     

热扰动对冻土区片块石路基热状态变化特性的影响研究

随着我国现阶段的公路建设里程不断增长,相较于常规平原地区,高寒冻土区公路建设过程要克服冻土路基带来的各类不良影响。针对热扰动对冻土区片块石路基带来的影响进行深入研究,在分析该区域高等级公路路基状态的过程中,采集片块石路基的温度状态、吸放热状态和冻融循环状态等方面数据,探讨了其热状态变化的整体规律。研究结果显示:片块石路基在冻土区有着很好的热稳定性作用,可实现主动冷却作用;片块石路基能通过加快温差空气间的流通速度,避免热扰动对路基温度产生过于明显的影响,从而减少热扰动所带来的各类路基病害;片块石路基正下方的最大融化深度正逐步提高;片块石路基的阴阳面存在吸放热不平衡的情况,阳面路肩吸放热量达到阴面路肩吸放热量的2.7倍,阳面坡脚吸放热量达到阴面坡脚吸放热量的2.3倍;随着片块石路基阴阳面吸放热不平衡的发展,其对应的阴面冻土升温速度小于阳面冻土,阴面冻土上限发展程度同样小于阳面冻土。     

高纬度多年冻土区路基温度场规律研究

通过对漠北公路沿线各试验段不同冻土条件、路基高度和工程措施下,路基下多年冻土温度场的变化情况进行研究,分析东北高纬度多年冻土区路基变形的主要原因。分析结果表明:在高纬度多年冻土区修筑路基后,会造成多年冻土上限大幅下移,从而在路基下形成一个较为明显且厚度较大的软弱层,进而引发路基沉陷。东北多年冻土区路基施工时,地表土体可采用砂砾或块石对表层土地进行冲击碾压,在高含冰量路段可采用块石路基,以缓解因下层土体沉陷而引起的路基变形。     

青藏高原高温多年冻土区片块石通风路基应用研究

基于青藏公路五道梁段片块石路基与普通路基2年来路基地温现场实测数据资料,对比分析了两种结构路基地温随时间和深度的变化过程。结果表明:传统路基不利于多年冻土的保护,将会引起其下部多年冻土的严重退化,导致路基失稳和路基病害的发生;片块石路基可以有效地降低路基阴阳坡效应造成的路基体内部的温度差异,还可以起到推迟路基的融化时间和降低路基浅层地温的作用,有利于多年冻土的生存和发育,维护路基的稳定。片块石路基具有一定的降温效果,适用于在多年冻土区路基工程中应用。     

青藏铁路多年冻土区片石通风路基

结合青藏铁路多年冻土区应用片石通风路基的工程实例,详细介绍了片石通风路基的原理、设计与施工,分析了高含冰量冻土采用片石通风路基这一主动保护多年冻土措施的效果。     

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.     

多年冻土区粒径改良路基地温特征分析

研究了多年冻土区主动保护多年冻土的新型路基结构形式——粒径改良路基。粒径改良路基对降低路基下填土地温具有良好的工程效果,与普通通风路基、普通路基相比,在保护冻土方面已显现出较好的优越性。     

无动力热棒冷却冻土路基研究

基于热棒工作原理及已有的研究成果,依托青藏公路整治改建工程实施大规模热棒试验工程。介绍青藏公路多年冻土区公路路基热棒试验情况,通过现场设置观测装置观测地温变化,分析研究热棒的工作状态、冷却路基效果及对冻土热稳定性的影响。1年观测结果表明,进入大气负温期后,热棒开始工作,路基及基底土体冷储量显著增加,且总增加量随冻结期增长;热棒影响范围内,距离热棒越远,冷量增长期越滞后且增幅越小,符合一般规律;路基工程中使用热棒保护冻土和改善路基热稳定性是有效的。     

东北岛状多年冻土分布特点及其公路路基设计对策

以东北岛状多年冻土的冻土温度高、受地表植被及土质岩性和地表水影响大、分布面积小、冻土厚度薄等特征为依据,结合对已有的多年冻土区公路建设的成果提炼后再创新,按预先融化冻土、控制冻土融化速率和保护冻土的路基设计原则,分别提出了冻土厚度小于2 m、大于2 m的路基设计技术方案,对东北岛状多年冻土区的公路路基设计具有重要指导意义.     

沥青路面下冻土热稳定性和热融敏感性的变化

多年冻土区修筑沥青路面后，引起了路基下多年冻土上限、多年冻土热状态等变化。本文根据提出的多年冻土热稳定性和热融敏感性模型，定量地评价多年冻土区修筑沥青路面后冻土热稳定性和热融敏感性的变化。结果显示，修筑路基并铺设沥青路面后，冻土热稳定性和热融敏感性发生了较大的变化，并与多年冻土顶板温度、年平均地温、季节融化深度等具有良好的一致性。     

青藏公路热棒路基在多年冻土地区降温效果分析

青藏公路多年冻土地区路基病害是制约青藏地区道路发展的一个重要问题。热棒是防止多年冻土路基上限下降的措施,为了研究热棒路基的降温效果,动态监测青藏高原五道梁地区百米路基试验路段的温度变化,通过与一般路基对比,分析了热棒路基在多年冻土地区的降温效应。研究发现:热棒路基能够有效地降低路基温度、保护冻土和增强路基热稳定性。     

漠北公路高纬度多年冻土区路基变形特征分析

为探讨东北高纬度岛状多年冻土区路基路面病害原因,对漠北公路沿线冻土路基不均匀沉降变形状况进行了分析。基于漠北公路沿线不同冻土条件和工程措施下各层土体沉降变形状况,探讨路基沉降变形主要发生的土层部位、路基沉降变形破坏原因等。分析结果表明:路基施工完成后早期路基变形较大,主要由工后不均匀沉降变形引起,变形部位主要发生在原天然地面下季节活动层;由于运营时间较短,由多年冻土融化引起的沉降变形很小。路基沉降变形主要发生在暖季,在冷季(11月～次年6月)路基基本保持稳定,变形很小。路基整体变形状况与冻土含冰量、冻土地温有一定的关系。高温多年冻土区比低温多年冻土区变形大。     

青藏铁路多年冻土的分析与路基防护技术

针对青藏铁路路基工程独特的高原特点,分析高原多年冻土的分布特征和相关性状,阐明高原冻土对铁路路基的影响机理,同时指出保护冻土的必要性和主动防护铁路路基的施工技术.     

气候变暖对青藏铁路多年冻土区路基影响分析

通过对青藏高原气候变化预测情况的认识,采用数值模拟计算,对两种不同升温条件下多年冻土区的热状况及对年冻土退化范围进行了预测,并据此提出了气候变化背景下多年冻土区路基工程的总体设计原则.对升温条件下多年冻土区路基工程的稳定性进行了分析,总结了气候变化对青藏铁路多年冻土区路基工程的影响.     

典型冻土路基变形调控措施应用效能分析

为了解决多年冻土区路基变形控制与稳定性问题,满足高海拔多年冻土区路基调控措施的选型需求,以青藏公路、国道214线共和至玉树公路、中科院北麓河高等级试验公路中已试验应用的一些典型路基调控措施为研究对象,采用实测数据分析、数值模拟等方法,将实体试验工程长时间序列监测数据反映的情形与数值模拟结果对照,并结合道路运营状态调查等技术手段对各类典型调控措施的长期作用效能进行验证,探讨其在高等级公路中的适应性。研究表明:隔热层工程措施、热棒工程措施、空心块护坡工程措施等基于温度调控的冻土路基变形调控措施,主要通过减少路基基底吸热、调控路基基底温度场的变化趋势与强度,实现对冻土路基变形进行调控,它们对路基自身结构安全与稳定性要求较高,长期作用效能没有达到设计预期,该类调控措施在路基变形调控应用中不宜单独使用,应注重与其他调控措施组合使用;块石路基、通风管路基、全断面通风路基等主要基于水、热同时调控的工程措施,它们通过减弱水的影响,对流换热增加基底冷储量,减少路基体水热影响作用明显,虽然也存在有些措施热效能不足、路基基底整体处于净吸热状态的问题,但其自身结构力学稳定性和水稳定性较好,综合使用效能经长期观察是积极的,路基变形能基本达到设计预期。     

高纬度多年冻土区漠北公路路基变形特征分析

通过漠北公路沿线各试验段不同冻土条件和工程措施下各层土体沉降变形状况,分析东北高纬度岛状多年冻土区路基沉降变形主要发生土层部位及其破坏原因。分析结果表明:路基施工完成后早期路基变形较大,主要由工后不均匀沉降变形引起,变形主要由原天然地面下季节活动层的沉降压缩变形等引起,由于运营时间较短,由多年冻土融化引起的沉降变形很小。路基沉降变形主要发生在暖季,在冷季（11月~次年6月）路基基本保持稳定,变形很小。路基整体变形状况与冻土含冰量、冻土地温有一定的关系。高温多年冻土区比低温多年冻土区变形大。     

多年冻土区宽幅公路路基的温度特性模拟分析

为研究多年冻土区G214高等级公路中隔热层、片石层对24 m宽路基的热影响效果,根据多孔介质的热对流及考虑相变的传热理论,分别对两种结构路基的温度场进行了模拟分析。计算结果表明:当路基宽度从12 m增加到24 m时,隔热层厚度应从10 cm增加到30 cm才可确保路基下冻土上限的稳定,但保温层所产生的热积累效应将使路基下冻土温度明显升高,且高温冻土核范围较大。从工程措施的可靠性及工程费用角度考虑,EPS隔热层不适用于G214宽幅路基中。如采用厚度大于1.8 m的片石层,则可稳定路基下冻土上限和增加冻土的冷储量,但同时要加强对路基边坡的热防护。