基于附加应力分析的多年冻土路基变形机制分析

路基沉降是多年冻土区道路建设中需要解决的关键问题之一。以往对冻土路基稳定性的研究主要集中于冻土路基变形与热稳定性等方面,对冻土路基沉降的力学机制关注较少。采取数值模拟方法,对冻土路基变形过程进行模拟,并从力学角度阐明路基变形机制。结果表明,路基填筑引起的应力重分布主要集中在垂直方向0~-3m、水平方向路基范围内;在附加应力作用下,活动层会产生沉降变形;路基变形主要来自于多年冻土层的融化固结,其次是高温冻土的蠕变,最后是活动层的压缩;冻土路基下不同层位的变形量有所区别,且开始产生变形的时间也不同;降低年平均地温,能够有效地减少路基变形。     

西藏藏东南地区公路路基受季节性冻融影响分析

季节性冻土的冻融过程不仅依赖外部因素,还与路基本身的组成有着密切的关系。西藏藏东南地区以季节性冻土为主,研究其冻胀—融沉形成机理与影响因素,为藏东南季节性冻土区道路工程设计、施工提供参考。     

基于高分五号和MODIS卫星遥感的青藏公路典型路段冻土分布反演

冻土的冻融变化对寒区道路路基和路面等的修建具有重要影响。由于寒区地面观测数据较少,因此需发展基于遥感的高分辨率冻土分布估算模型。中国新一代高分五号卫星(GF-5)搭载的全谱段成像光谱仪有4个40m空间分辨率的热红外波段,为高空间分辨率的地表温度反演提供了可能。以青藏公路典型路段作为研究区,采用劈窗算法,利用GF-5热红外数据反演地表温度,并将结果与同期的MODIS地表温度产品和站点实测数据进行了比较。结果表明,该方法反演出的地表温度与实测结果的平均误差为-2.34℃,相关系数为0.86,表明结果具有较好的精度。以遥感地表温度作为输入,基于TTOP模型计算出了研究区的冻土分布图,得出研究区现状多年冻土面积为0.963×10~4 km~2、季节性冻土面积为2.543×10~4 km~2,与已有研究给出的研究区冻土分布图结果较为接近,表明建立的冻土分布反演模型具有可靠性和进一步应用的潜力。此外,还基于Stefan公式计算了研究区2018年～2019年的季节性冻土最大冻结深度和多年冻土活动层厚度,结果表明研究区内多年冻土活动层厚度在11cm～260cm之间,季节性冻土最大冻结深度在36cm～249cm之间。季节性冻土最大冻结深度随高程增加而增大,多年冻土活动层厚度随高程增加而减小。以上结果对研究区公路工程的建设和安全监测具有参考价值。     

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。     

反h抗滑桩对陡坡路基沉降影响的数值模型分析

以阿拉山口市温泉县G30公路建设项目为依托,通过数值模拟方法,建立陡坡路基典型数值模型,研究在季节性冻土的条件下反h桩对陡坡路基抗滑影响因素,并重点分析了桩间距、冻融循环次数及截面边长对陡坡路基沉降量的影响。结果表明:反h桩排间距对沉降量的影响较大,当反h桩排间距位于6~7 m时,陡坡路基沉降量变化相对稳定;冻融循环次数对沉降量的影响是先增大、后减小的过程;截面边长不是越大越好,在一定范围内,通过增大截面边长可以显著减小沉降量,但继续增加该参数减沉效果不明显。     

季节性冻土区路基隔离层的设置

季节性冻土区,为限制冻土的水分迁移,需对冻土路基设置隔离层——隔热层和隔水层。文中介绍了隔热层和隔水层的设置位置及厚度,研究了设置隔离层对冻土路基的影响。     

改扩建新旧路基拼宽差异性沉降控制技术

近几年来,随着东北区域经济复苏,车流量在逐年增加。而现有高速公路难以满足今后的交通需求,需要进行改扩建。路基拼宽技术在公路改扩建工程中占重要地位,主要对严寒冻土地区改扩建新旧路基拼宽施工差异性沉降控制技术进行了研究、试验,寻找提高改扩建道路拼宽施工质量的有效措施。     

施工季节对高寒冻土沼泽湿地路基热稳定性的影响

高寒冻土沼泽湿地对温度极为敏感,在该区域修筑路基易发生不均匀沉降变形,而路基修筑的施工季节是影响路基热稳定性的重要因素之一。为研究最佳施工季节和季节选定对路基热稳定性的影响,以省道224线二道沟兵站109岔口至治多段为依托,针对抛填片块石处治高寒冻土沼泽湿地的典型路基处治方式,建立有限元模型,分析春、夏、秋3个施工填筑季节对高寒冻土沼泽湿地路基热稳定性的影响。结果表明,路基中心和坡脚处的温度随着深度的增加逐渐降低,同一深度处路基中心处温度高于坡脚处温度,随着运营时间增加,冻土上限降低,路基中心处的冻土上限明显更低。在夏季施工填筑时引起的冻土上限下降值在相同位置处是秋季施工填筑引起冻土上限下降值的1.3~2.5倍。故认为秋季为最佳施工季节,秋季施工对路堤底部的热稳定性影响最小,夏季施工影响则最大,春季介于两者之间。     

青藏公路安装热棒治冻土

<正>青藏公路热棒制冷路基科研工程进展顺利,公路路基上已安装完成的热棒,成为高原上的一道风景。 冻土病害对青藏公路造成了严重破坏。冬季会把冻土地段上的道路顶起,夏季会使冻土地段上的道路路摹发生沉降。2002年国家投资10亿元国债资金,对青藏公路进行全面整治改建。整治改建采用了先进路基材料和制冷技术保护冻土,来阻止热量下传,从而保证了整个路面的平整。     

高纬度多年冻土区路基工后温度变化规律研究

为掌握大兴安岭多年冻土地区路基工后温度变化规律,选取中俄原油管道漠大线林区伴行路典型多年冻土区路基断面,采用DS18B20温度传感器对建成通车后的路基进行为期两年的温度监测,分析研究路基温度变化、冻土年平均地温、冻土上限变化和冻土温度阴阳坡差异。结果表明:路基范围内各测温点不同深度温度随着气温发生年周期性变化,路基浅层温度变化频繁,随着深度增加,路基内温度变化幅度逐渐减小;不同深度土层最低值或最高值温度出现的时间并不一致,下部土层最低值或最高值温度出现时间明显滞后于上部土层;路基冻结时间自11月份开始,至次年的4月中旬随着大气温度的上升开始融化,冻结时间持续5个月左右;多年冻土为热极不稳定冻土类型,且在上覆路基的影响下,多年冻土产生了严重的退化现象,路基下多年冻土的年平均温度升高;在阴阳坡效应的影响下,大气温度对阳坡面路基下地温深度的影响大于阴坡面,阳坡面路基下多年冻土的年平均地温大于阴坡面,阴坡面路基下多年冻土融化时间比阳坡面的少30 d左右。研究结果旨在更有利于我国大兴安岭地区多年冻土路基稳定性问题的进一步研究,为该地区道路工程建设和维护提供参考资料。     

通风管路基的调温机理

考虑通风管路基中通风管的空气对流换热特点,摈弃把通风管的影响作为边界条件处理的方法,建立多年冻土区的通风管路基的数值模型,对设置和未设置风门的通风管路基的温度特性进行数值模拟,分析2种情况下通风管路基的调温效果,为多年冻土区的路基工程的建设和安全运营提供技术支撑.研究表明:通风管路基能够明显地降低冻土地基的温度,提高冻土的人为上限;与无风门的路基相比,有风门的通风管路基降低冻土地基的温度的效果更加明显,降温作用发生得更早,冻土人为上限的提高幅度更大,路基中心和路肩下的地基温度降低更快,且温度分布较均匀,路基温度稳定所需要的时间减少.     

季节性冰冻区道路结构湿度分布特性分析

为分析道路结构湿度分布特性,基于建立的真实环境道路结构温湿度观测系统,以一年多的湿度跟踪观测数据为基础,开展了季节性冰冻地区道路结构湿度时空分布特性的研究。结果表明:道路结构湿度的年分布呈现夏秋季节湿度高、变化幅值大,冬春季节湿度低、变化幅值小的特点;不同层位的湿度对环境变化的敏感性不同;冰冻期和春融期,路基土湿度受温度影响而逐渐减小抑或骤然上升;路面铺筑使道路结构湿度受降水影响的敏感性减小,且使路基土冰冻期和春融期发生的时间提前。     

文摘·简讯

青藏铁路冻土区路基趋于稳定通过青藏铁路冻土区段沿线建有的铁路冻土区工程长期观测系统,监测人员对接收的数据进行分析表明,全线开通近一年来,在热棒、碎石护坡、通风管等多种技术防护措施集中使用的地段,冻土路基下沉、开裂等病害发生较少,冻土区路基正逐步趋于稳定,达到了理想效果。据了解,为解决冻土路基热融沉降、变形开裂的问题,青藏铁路采取了热棒、碎石护坡、通风管等多种技术防护措施,人为地保护冻土,以降低冻土路基土体温度、抬升路基本体冻土上限。青藏铁路冻土区路基个别地方虽出现过裂缝、沉降、冻胀等现象,但变形量很小,年沉…     

低温冻土地区的软土路基蠕变沉降数值分析

为了研究低温冻土地区软土路基蠕变变形规律,考虑低温和含水率对软土路基蠕变特性的影响,结合KBurgers-MC模型,建立了软土路基的蠕变损伤本构模型。利用C++语言编写了蠕变损伤模型动态链接库文件,通过FLAC~(3D)软件对东港高速公路软土路基蠕变进行数值计算,计算结果表明:桩长对软土路基蠕变沉降有着重要的影响,增加桩长后软土路基蠕变沉降量、蠕变速率和塑性区明显减小;低温环境下含水状态的路基蠕变沉降值小于干燥状态,然而当含水率超过一定界限时路基会发生冻胀现象,导致蠕变沉降量增大;路基的蠕变速率随着温度的升高逐渐增大。将现场监测与数值计算结果进行比较,验证了数值计算的准确性,研究结果对于北方沿海软土路基蠕变沉降的防治具有指导意义。     

青藏公路冻土路基沉降的模糊综合评判

影响青藏公路冻土路基稳定性的因素较多，但路基稳定的主要问题是路基的总沉降变形。本文就冻土路基总的沉降进行其影响因素的模糊综合评判，为预报路基工程病害、进行工程改建和整治设计服务。     

青藏公路路基下融化夹层的变化及对路基沉降的影响

为了研究青藏公路高温冻土区普通路基下部融化夹层的变化特征及其对路基沉降变形的影响,选取监测断面对路基地温与变形进行现场监测。结果表明:路基下最大融化深度出现在当年的10月份至次年的1月份,人为上限呈逐年加深的趋势。路基下最大冻深出现在当年的4—6月份,除右路肩外,左路肩和路中最大冻深呈波动中略有加深的趋势。路基下融化夹层厚度呈逐年加大的趋势,融化夹层厚度的增加主要是由人为上限的加深引起的。路基浅层温度的升高是融化夹层发育及下部多年冻土升温的主要原因。当融化夹层下部为高含冰量冻土时,融化夹层与路基沉降变形密切相关,路基易产生较大的沉降变形。当融化夹层下部为低含冰量冻土时,路基沉降变形较小。     

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。     

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。     

利用地源热泵防止季节性冻土路基冻解破损的数值分析

为解决季节性冻土区路基结构因冻解破损而发生的各种病害,利用地源热泵系统改变路基结构温度场.以109国道青海省季节性冻土区路基为研究实例,运用ANSYS模拟分析109国道季节性冻土区原始温度场,并分析了地源热泵路基的工作原理及运行效果;介绍了地源热泵系统形式及设计计算中的有关问题,得出地源热泵路基系统的设计参数;利用ANSYS有限元法对地源热泵路基的水平埋管进行模拟分析,通过对比分析得出路堤中水平埋管宜分2层布置(-1m处埋置4根,每管间距为2m;-3.5m处埋置5根,每管间距为4 m).在上述设计方案下,该地区在全年最冷时刻路基易发生冻胀区域的地温超过0℃.通过模拟分析得出,地源热泵路基是一种新型路基结构,该系统对于防治季节性冻土路基冻胀病害具有积极作用.     

气泡混合轻质土在道路冻土地基保护中的试验研究

为减少因路基融沉引起不均匀沉降对冻土路段的破坏性影响,选择合适的材料铺设人工隔热保温层是防止冻土融化的有效技术措施。由于气泡混合轻质土导热系数小、隔热性能明显、承载能力强、使用成本低、工艺简单、施工速度快等特点,在总结国内外冻土研究成果的基础上,结合试验路段自然气候特点,提出将轻质土用于冻土地基隔热保温的修筑技术,并在我国北方某一级公路试验铺筑。通过对轻质土试验段隔热效果的监测和道路使用状况跟踪观测,表明其隔热效果良好,能够较好防止公路的季节性冻胀与永久冻土地基的融沉,可应用于类似工程。