多年冻土区路基高度对温度场影响的非线性分析

采用焓模型,综合考虑了气温、太阳辐射、风速风向、坡面蒸发等气象因素,对不同气温地区多种高度路基温度场进行有限元数值模拟,并采用天然地面下冻土年最大融深及路基内融土核高度两个指标综合分析路基稳定状况。有限元分析表明:在中低温多年冻土地区,抬高路基可延缓冻土下降速率,有效保护多年冻土;在高温不稳定多年冻土地区,抬高路基的效果并不显著,过度地抬高路堤会使路基内融土核高度显著增加,路基本体的稳定性将受到严重影响。本文还提出路基高度与冻土年最大融深之间的回归公式,为路基病害预测提供依据。     

太阳辐射对青藏高原不同路面类型表面热状况及其下伏多年冻土的影响

分析了青藏高原地区太阳辐射的特点,实测了不同路面类型获得的太阳总辐射和净辐射,计算了路表有效辐射,最终得出水泥混凝土路面和沥青路面的太阳辐射反射系数。利用实际断面地温监测数据分析了太阳辐射对于不同路面类型及其下伏多年冻土的影响,最后由太阳总辐射及大气温度反演了路表温度,并进行了验证,从而得出了一个计算路面表面温度的参数化方法。研究指出,青藏高原地区的总辐射及净辐射均很高,对冻土的稳定不利。路面太阳辐射的反射系数与太阳辐射强度及测试的位置无关,但与路面颜色的深浅关系密切;水泥混凝土路面的反射系数大约在0.48左右,沥青路面的反射系数大约在0.20左右;在相同太阳辐射强度下,沥青路面吸收的太阳辐射能量更多,其下伏的冻土也更容易受到热扰动而退化。     

214国道多年冻土区路段路面病害特征分析

多年冻土地区路基路面病害率高,不同路面形式的病害表现也不尽相同。根据214国道姜路岭至清水河段多年冻土区水泥路面与沥青路面的大量调查资料,对路面病害的发育性状及分布现状进行统计,详细计算了路面的单公里病害率和总病害率。120.675km水泥路面的总病害率为16.22%,202.325km沥青路面的总病害率为3.38%。水泥路面比沥青路面病害数量多,且规模大,以破碎板、纵向裂缝为主,破碎板数目达到6472块;沥青路面沉陷显著,其次是网裂、波浪。结合调查结果,对214国道路面的病害进一步分类分析,研究了主要病害的发生机理及分布规律与冻土的关系,为今后寒冷地区公路路面的建设、养护等工作提供依据。     

多年冻土地区路基不均匀融沉变形计算分析

针对多年冻土地区普遍存在的路基不均匀融沉变形现象,根据弹塑性固结理论,采用有限元方法对路基融沉变形进行计算分析,探讨了边界排水条件对路堤融沉变形以及路基表面水平位移的影响,并分析了地基融深和路堤高度对沉降的影响。研究结果表明,路基沉降随融深的增加而增加,排水状态的路基融沉变形比不排水的融沉变形大;路基融沉变形随路堤高度的增加而增加,路基是否排水对路基融沉变形和路基水平位移有显著影响。计算结果与实测值比较,所建立模型的理论计算值与实际观测结果基本一致,回归结果得出多年冻土地区路基融沉变形规律。     

多年冻土区路堤临界高度计算方法综述

在多年冻土区,只有当路堤高度大于或等于临界高度时才能保证多年冻土上限不变或上升,这是保证路堤稳定的前提条件。否则,应采取工程措施来保证路堤的稳定性。但由于气候条件、填料以及基底土质和含水量、路堤表面的热状况等条件不同,其路堤的临界高度是不一样的。对我国多年冻土区的青藏公路、青康公路和青藏铁路路堤临界高度的计算方法进行了系统论述。     

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。     

气候变化对多年冻土变化的影响

由于受温室气体效应的影响,全球气温在过去的120年以来持续升高,在全球气温普遍持续升温的背景下,青藏高原的气候亦随之转暖,而多年冻土是土体与大气之间相互作用的产物,是岩石圈和大气圈系统在发生热交换过程中形成的,所以气候变化必然会直接影响多年冻土的变化.基于青藏公路7个监测断面路基温度场的监测资料,对多年冻土上限及热状态随气候的变化情况进行了分析,并将高温冻土区与低温冻土区的变化情况进行了对比分析,得出了气候变化对多年冻土变化的影响规律.     

季冻区沥青路面横向裂缝宽度变化规律研究

通过实地调研张承高速崇礼段新修SMA沥青路面裂缝发展变化情况,发现新建SMA路面横向裂缝主要由反射裂缝、温度裂缝组成。季节性冻土地区沥青路面进入冬季经历低温后出现裂缝并发展变化,气温回升时裂缝逐渐稳定。通过分析气温回升裂缝稳定后裂缝宽度分布概率,选取路面典型横向裂缝分析裂缝宽度变化规律,发现温度裂缝宽度随着气温的降低而增大,并且在气温升高后,裂缝宽度又逐渐减小至稳定,反射裂缝宽度随温度变化不明显。可根据裂缝宽度变化情况来选择最佳灌缝时机。     

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.     

青藏公路第一段浅色路面通车

由武警交通二支队担负的三公里无规聚丙稀浅色路面七月中旬在青藏公路斜-五段建成通车。这种路面不仅在青藏线、在全国也是第一次大面积铺筑使用。青藏公路斜水河至五道梁段位于海拔4500米的多年冻土地区。黑色路面通车四、五年来,由于部分地段路基高度未能满足保护冻土的要求,致使多年冻土上限下降,造成路基热融沉降变形,严重影响了行车,交通部第一公路勘察设计院根据多年的试验结果,决定铺筑无规聚丙稀混合料路面。这种路面具有     

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。     

SAC沥青路面在高原多年冻土区适应性试验研究

针对高原多年冻土区公路对沥青混合料性能的高要求，从矿料级配角度出发，试验选取多碎石沥青混合料（SAC）和沥青玛蹄脂混合料（SMA）作为高原多年冻土区沥青路面的路用性能试验用料，用密级配AC-13进行对比。试验结果表明:SAC-13与AC-13破坏弯拉应变差异并不明显，而SMA-13的破坏弯拉应变较AC-13降低20.7%。三种级配沥青混合料动稳定度由高到底依次为SAC-13，SMA-13和AC-13，选用的两种抗滑表层较密级配AC-13动稳定度提高了一倍左右；三种级配沥青混合料的水稳定性基本相当。高原多年冻土区沥青路面病害主要以低温病害为主，因此SAC-13级配沥青混合料在高原多年冻土区公路沥青路面应用更具合理性。     

透水沥青路面技术在水泥混凝土路面改造中的应用

水泥混凝土路面是指以水泥混凝土为主要材料做面层的路面,俗称白色路面,它具有强度高、稳定性好、使用年限长、养护维修费用少等优点。但在交通荷载及环境等因素影响下,水泥混凝土路面使用一段时间后,会出现板块开裂、角隅破碎、错台等不同程度的病害,为了恢复旧路面的使用性能,往往采取加铺沥青混凝土面层的措施。该文结合上海市奉贤区环城东路水泥混凝土路面改造为透水沥青路面的工程实例,介绍了透水沥青路面,以及橡胶沥青应力吸收层技术的应用。     

多年冻土路基对流换热试验方法

对流换热是多年冻土地区路基对外热交换的重要形式。利用自行开发的热风环境试验机,考虑不同路面材料类型、风速变化、温度梯度3个因素,对影响冻土路基温度场的对流换热状况进行室内模拟试验研究。研究表明：风速、温度梯度、路面材料类型3个因素对于对流换热系数有着交互影响,随着风速与温度梯度的增加,对流换热系数呈上升趋势。沥青路面材料的对流换热系数较水泥路面材料稍大。研究中给出了不同状况下对流换热系数的回归公式,并分别给出青藏高原地区沥青混凝土路面及水泥混凝土路面对流换热系数的推荐值。     

温拌沥青混合料在多年冻土地区的应用研究

青藏高原多年冻土区气候环境恶劣,海拔高,热效率低,热拌沥青混凝土路面铺筑困难。在对青藏公路多年冻土区温拌温铺沥青混凝土路面试验工程分析的基础上,认为温拌沥青混合料在多年冻土区可以成功应用,且具有节能、环保、适合低温施工等特点。但温拌温铺沥青混凝土路面在低温环境下的水稳定性和耐久性需要进一步观察研究。     

海绵城市透水水泥混凝土路面结构力学响应分析

为了分析海绵城市透水水泥混凝土路面结构力学响应，运用有限元软件ANSYS建立三维有限元路面模型，计算在车辆荷载作用下各结构层力学指标的变化规律。结果表明:在设有透水沥青混合料功能层的透水水泥混凝土路面中，功能层对多孔混凝土层层底拉应力折减作用比较小；表层排水型透水水泥混凝土路面中水泥混凝土层厚度是影响路面结构力学响应的最主要因素；基层储排水型透水水泥混凝土路面多孔混凝土基层厚度是影响路面结构力学响应的最主要因素；全透型透水水泥混凝土宜采用低模量高厚度设计，用于低承载道路。采用均匀设计法，通过回归分析得到透     

旧沥青路面裂缝对白色罩面层受力的影响分析

采用有限元方法,分析了旧沥青路面裂缝对白色罩面层受力的影响,得到了板底荷载和温度最大耦合应力随加铺层厚度和模量等参数变化的规律。结果表明:旧沥青路面横向裂缝位于加铺水泥混凝土板板中时,板底荷载应力、温度应力及二者耦合应力均为最大,且随加铺水泥混凝土板模量增加而增大,随水泥加铺层厚度的增加而减少。