高寒冻土区路基变形演化规律与破坏特征

为进一步研究高寒冻土区路基变形破坏演化过程,以漠北公路K6+200断面处的高温高含冰量冻土区路基和K8+200断面处的低温高含冰量冻土区路基为研究对象,在路基不同部位和路基下不同深度处土体埋设温度传感器和变形传感器,研究了高纬度、高寒冻土区不同冻土条件下路基实测温度和变形演化过程及其特征。研究结果表明:在高温高含冰量冻土区,在公路建成2年后,路基下出现了明显的融化盘偏移现象,新建宽幅路基呈现出明显的横向不均匀变形特性,路基下形成了2个融化盘,其中一个明显向路基坡脚处偏移,左坡脚和路中冻土上限明显下降了3~4m,路基下原天然地表处沉降达4~9cm,而路肩处冻土上限基本保持稳定;在低温高含冰量冻土区,在保证一定路基高度的条件下,除了建成初期路基土体存在一定的变形(工后沉陷)外,由路基下多年冻土不均匀融化导致的变形很小,因此,在低温冻土区公路路基稳定性相对较好。可见,研究结论进一步阐释了高温冻土区路基、路面变形严重的成因,为高纬度、高寒冻土区路面结构抗融沉破坏设计和病害防治提供了参考,揭示了高温多年冻土区路基纵裂、沉陷等不均匀变形破坏的特征和成因,相比高温多年冻土区,在保证一定路基高度下低温多年冻土区路基具有相对良好的稳定性,这一结论对于高纬度、高寒冻土区不同冻土条件下冻土路基的设计及病害防治具有重要意义。     

多年冻土区公路病害模糊专家预测方法

为了预测多年冻土区新建公路病害路段,辅助设计者在设计阶段进行合理设计,以模糊专家系统为基础提出了多年冻土区公路病害预测方法。以病害度为分析指标,以青藏公路某一路段作为研究对象,定性分析了道路病害的影响因子。根据实际病害数据,将青藏公路调查路段的病害度分为3级。结合青藏公路多年年平均地温、含冰量、冻胀率等病害数据,建立了多年冻土区公路病害路段识别的模糊专家系统。运用MATLAB中的Fuzzy Logic Toolbox工具,将各种影响因子作为输入变量,对10组多年冻土区等距路段进行了病害度计算,并运用SPSS软件对计算病害度与实际病害度进行对比分析。分析结果表明:随着年平均地温、含冰量、冻胀率的增大,道路病害率上升;计算病害度与实际病害度相关性达到0.751。可见,运用模糊专家系统对多年冻土区公路病害路段预测具有良好效果。     

基于含冰量的冻结砂土-混凝土接触面蠕变特性

保证高含冰量冻土区桩基础的长期稳定性是多年冻土区桥梁桩基础安全服役中的关键问题,为研究含冰量对冻土-混凝土接触面蠕变特性的影响,采用自行研制的大型蠕变剪切仪,在-2℃条件下开展含冰量为6%、12%、16%、23%、36%、60%、80%的冻结砂土与混凝土接触面蠕变试验.试验结果表明：在恒定的剪应力作用下,除含冰量为6%试样出现加速蠕变外,其他试样仅出现衰减蠕变及稳定蠕变2个阶段;随含冰量的增大,试样黏性变形占比增大,含冰量为80%试样的黏性变形超过总变形量的80%;稳定蠕变速率受到干密度及含冰量的综合影响,含冰量为16%时稳定蠕变速率最小;Burgers黏弹性模型能较好地模拟高含冰量冻结砂土-混凝土接触面蠕变曲线;随着含冰量的增大,初始剪切模量和稳定蠕变阶段黏滞系数先增大后减小,初始蠕变阶段的渐进剪切模量呈幂函数减小,初始蠕变阶段黏滞系数呈幂函数增大.     

高寒高海拔多年冻土区拓宽路基差异沉降

为了研究高寒高海拔多年冻土区拓宽路基面层吸热对下伏多年冻土温度与沉降的影响,建立了基于热力耦合理论的差异沉降计算的有限元模型,并利用实体工程监测数据对模型进行了修正,分析了不同季节、不同填高与阴阳坡工况下拓宽侧路基差异沉降分布规律,确定了多年冻土区最优路基拓宽位置。研究结果表明:多年冻土区拓宽路基最大融深与沉降均出现在秋季,10月份的变形最不利,病害特征最突出,其中4m填高路基第10年最大差异沉降为16.9cm,分别为7、1、4月份沉降的1.1、1.4、1.7倍;差异沉降与路基填高存在正相关性,当路基填高分别为2、4、6 m时,10年内路基的差异沉降分别为13.2、16.9、18.1cm;阴坡侧拓宽路基的温度与沉降变化小于阳坡侧,在10年内,阳坡侧拓宽路基底面最大升温为1.3℃,阴坡侧为0.6℃,阳坡侧拓宽路基最大差异沉降为16.9cm,阴坡侧为12.3cm;即使阴坡侧拓宽,差异沉降仍使拓宽路基顶面形成一个斜率为2%~3%的斜坡,进而使路面产生较大附加应力,最终造成结构层病害。     

多年冻土区公路路线选择分层目标法

为了进行多年冻土区公路路线设计,以多尺度效应理论为基础,提出了基于保护冻土由粗到细、由面到带、由带到线的分层目标选线方法,构建了理论模型。结合不同地形地貌、既有工程、构造物与建筑物在不同比例尺下的表现形态,给出了分层目标法的层次划分,确定了每个层次下公路路线选择的影响因素。考虑路线节点重要度和地形地貌的影响,给出了第1层次下多年冻土区选线模型。利用公度原理给出了第2层次下平均海拔、平均坡度、年平均地温、冻土分布、融区构造和既有工程等影响因素的标度分级,并构造了第2层次下多年冻土区公路选线困难度模型。综合考虑冻土地温、冻土含冰量、冻土病害和植被覆盖带来的冻土危害,同时兼顾多年冻土区既有工程的热干扰,构建了第3层次多年冻土区公路选线可靠度模型。以青藏高原多年冻土区秀水河至雅玛尔河段为例,运用分层目标法进行了公路选线。研究结果表明:运用分层目标法确定的路线方案可以准确避绕高病害率的冻土区域,避开既有工程的相互干扰,从而获得工程困难度低、可靠度高的路线方案。     

水工建筑物沉降量计算与思考

由于地质情况的复杂性，以及施工过程加载速率，地下水降排效果，施工天气等状况的差异，建筑物沉降量理论计算与实际往往存在着偏差，本文主要论述了水工建筑物沉降量的理论计算方法，同时结合际实推算解台二线船闸下闸首中底板的理论沉降量并与实测结果作了比较，分析了两者存在着偏差的原因，同时对如何提高对建筑物沉降量的预估精度也作了阐述。     

青藏线路基纵向裂纹形成和扩展的机理

在多年冻土地区,尤其是高含冰量的多年冻土区,阴阳坡的出现给路基的稳定性带来了极大的危害.路基两侧往往出现了大量的纵长宽大裂缝,部分裂缝甚至贯穿路基.本文通过对路基现场温度进行监测分析,得出路基纵向裂纹形成的原因是路基下的冻土融沉引起路基应力场重新分布;借助断裂力学定性的分析了裂纹在路基内部的扩展趋势,定性分析的结果与现场的路基剖面图是一致的,最后就裂纹今后的扩展的趋势和有可能的危害进行初步预测.     

多年冻土地区无基波纹管涵洞冻胀分析

为分析波纹管涵洞冻胀下的受力机理,利用大型有限元软件对多年冻土地区采用的金属波纹管涵洞进行力学性能分析,具体分析了在底面两端产生不同的冻胀量时,换填厚度、壁厚、上部填土厚度对涵管受力性能的影响,提出了针对常用直径为1m的波纹管涵洞适用的结构形式;同时得出了金属波纹管本身具有较大的横向补偿位移的能力,可适应较大的变形和沉降要求.     

多年冻土地区无基波纹管涵洞冻胀分析

为分析波纹管涵洞冻胀下的受力机理,利用大型有限元软件对多年冻土地区采用的金属波纹管涵洞进行力学性能分析,具体分析了在底面两端产生不同的冻胀量时,换填厚度、壁厚、上部填土厚度对涵管受力性能的影响,提出了针对常用直径为1m的波纹管涵洞适用的结构形式;同时得出了金属波纹管本身具有较大的横向补偿位移的能力,可适应较大的变形和沉降要求.     

黄土地区高填方路堤沉降分析

文章采用4种条件(层重固结法,层重未固结法,孔隙水压力求孔压系数法,孔隙气压力求孔压系数法)下的最终沉降计算方法和简化的考虑施工加载过程的非饱和土一维固结方法,对某公路高路堤的沉降进行计算分析,并与实测资料相比较。结果表明:公路路堤各土层在自重作用下固结已经完成,甚至有超固结;上述4种条件下采用分层总和法计算出的最终沉降量普遍偏大;简化的非饱和土一维固结计算方法可以满足计算精度的要求;同时表明,公路路堤沉降监测与一般地基的沉降监测是不同的,对不同的问题应该研究布设测点的方法;非饱和土有效应力的理论尚不能付诸实用,需要进一步研究。     

多年冻土区路基融沉变形的附加应力分析

使用有限元法和解析法分析了多年冻土地区路基融沉引起的路面附加应力 ,将两种方法的计算结果进行了对比 ,给出了附加应力计算的解析表达式 ,分析了路面结构参数对附加应力的影响 ,对多年冻土地区路基路面设计提出了建议     

中俄原油管道地基土冻融及热学性质试验研究

中俄原油管道是我国能源战略通道之一，管道穿越大兴安岭多年冻土区，工程地质条件十分复杂，尤其是在伊勒呼里山附近，冻胀和融沉严重影响了管道的正常运营. 为了研究伊勒呼里山附近多年冻土的冻融性质与热学性质，对该区段内的冻土进行冻胀、融沉及导热系数试验，并对试验数据进行回归分析与影响因素分析. 研究结果表明:细粒土塑性指数小于10时，冻胀率不一定随初始含水量的增加而增加，在研究区域内进行管道垫层施工或挖填材料选择时应选用砂砾或碎石，并做好防排水措施；融沉系数随含水量的增加而增大，随干密度的增加而减小，其中粉土对融沉作用十分敏感，不适合作为管道地基，而细砾才是最佳的冻土地基；导热系数分别随总含水量和干密度的增大而增大，其中粗粒土的导热系数大于细粒土，而冻土的导热系数则比融土的高；当含水量小于10%时，融土的导热系数则高于冻土. 不同试验方法所得的结果也具有显著的差异，粗粒土扰动样的导热系数宜采用热流计法测量，细粒土扰动样的导热系数宜采用热线法测量，而原状样的导热系数宜采用比较法测量.      

路基施工期沉降计算分析

施工过程中路基的沉降是由于土体的压缩变形、塑性变形以及固结沉降等引起的,针对不同的土质条件和施工条件,应采用不同的分析方法。现行基于弹性理论的计算方法用于施工期沉降的计算不尽合理,而尝试采用数值模拟的方法来计算施工期沉降,得到的结果与实测值较为吻合。     

考虑融沉的冻土地区沥青路面结构设计

地基融沉是造成冻土地区路面病害的主要原因之一,在路面设计当中需要对此进行有效考虑。在对冻土地区路面破坏模式分析的基础之上,采用力学方法和数学方法对诱发常见路面病害的冻土融沉规律进行研究,对冻土温度场与环境温度变化的相关性规律以及不同融沉条件下路面结构内部的应力应变场进行研究,并通过大量的分析计算以及实地观测,提出了考虑融沉的路面设计方法和流程。该方法能够使路面设计时有效考虑未来融沉可能对基层、面层等不同层位产生的附加应力,从而使得在路面结构设计初期能够更加有效地考虑冻土融沉的影响。     

基于Chow模型计算桩基础沉降

Randolph的近似解析解可计算线弹性土体，且土的剪切模量随深度不变或者线性增加条件下的桩基础沉降。Chow（1986）在此基础之上，结合荷载传递法，建立了一种层状模型，可用于计算任意分层土条件下单桩以及群桩的沉降，并将计算分析扩展至土体的非线性。基于该模型在均质线弹性土体条件可计算出两桩的相互作用系数，将其与严格意义上的弹性理论法进行对比，可得出在一般条件下应用Chow模型计算桩基础沉降的精度能够得到保证的结论。     

公路软土地基沉降系数的确定

以河北沿海高速公路唐山段软土地基试验工程为依托,通过现场埋设观测仪器,获得一年多来的软土地基路堤沉降观测资料。在这些观测资料的基础上,设计中采用沉降系数公式计算所得的沉降系数的可靠性得到了验证。     

应用土工格室处治路基不均匀沉降

在分析路基不均匀沉降成因的基础上,通过对现有的路基不均匀沉降处治措施的分析与评价,提出了土工格室处治路基不均匀沉降的方法。通过对土工格室处治路基不均匀沉降的机理分析及实体工程研究,表明土工格室复合体限制了周围土体的侧向变形,减小了路堤本身的压缩变形,是处治路基不均匀沉降的一种有效方法。     

冻土区路基填土力学参数原位测定及变形模式分析

基于现场路基填土的载荷试验的结果,分析并确定了在多年冻土区环境情况下,路基填土在经历了一个冻融循环后的承载力、变形模量、剪切模量等力学参数.并就该土层位移变形模式进行了探讨且检验了其正确性.结果表明:将冻土理想化为三维弹性连续介质是较为合理的,其位移变形的理论计算值与实测值较为吻合.     

冻土区路基填土力学参数原位测定及变形模式分析

基于现场路基填土的载荷试验的结果,分析并确定了在多年冻土区环境情况下,路基填土在经历了一个冻融循环后的承载力、变形模量、剪切模量等力学参数.并就该土层位移变形模式进行了探讨且检验了其正确性.结果表明:将冻土理想化为三维弹性连续介质是较为合理的,其位移变形的理论计算值与实测值较为吻合.     

高速公路路基工后长期沉降稳定判别

随着高速公路建设的迅速发展,公路软基工后长期沉降问题日益得到重视,预测工后长期沉降和判别工后长期沉降是否稳定对高速公路养护和拓宽至关重要。文章提出了路基工后长期沉降稳定的标准,即:路基某时间段的实测沉降小于次固结沉降计算值、且实测沉降速率小于次固结沉降速率的计算值,并应用实际工程中;并对盐靖高速公路和启杨高速公路路基沉降观测资料进行分析,认为次固结沉降与主固结沉降之间呈线性正相关关系。