路堤块石自然对流机理的室内模拟试验研究

为研究路堤块石在边界温度周期波动条件下的自然对流发生机理及降温效应的表征参数,采用室内模拟方法对50×50×65cm3尺寸的不同块石试样进行了试验和理论分析,结果表明:平均RAYLEIGH数能描述块石层自然对流的发生情况,不同厚度的块石层将产生不同的对流模式,厚度大的块石层所产生的自然对流降温效应也较大,上层砂砾加下层块石的结构自然对流效应最弱。块石层降温效果取决于块石粒径、层厚及铺筑在路堤中的位置,这一结论对多年冻土地区路堤设计、施工,合理确定块石铺筑层厚、铺筑层位具有现实指导意义。     

大孔隙空心块石层对流及降温过程试验

利用高精度微风速探测仪,通过室内模型试验首次获得了在大孔隙空心块石层内由温差引起的空气流速,并对空心块石层内的对流过程、降温过程及其相互关系进行了详细分析,而后结合实体工程分析了该措施的降温效能及优越性。结果表明:空心块石层降温效能突出且降温迅速,放热时间和吸热时间基本相当;空心块石层中对流速度显著,高达0.12 m.s-1,受到温度差异影响,在稳定区前后对流速度存在差异,最大相差0.023 m.s-1;温差是自然对流的驱动力,自然对流引起降温过程;不同传热方式及强度引起温度非对称性变化;对流速度和温差具有线性相关性,对流的发生存在起始温差;通过实体工程证实,空心块石层的降温效能相当突出,在1年中原冻土上限附近降温幅度达到0.3℃,路基内降温深度达到10 m。     

软土地基路堤临界高度确定方法探讨

软土地基上高速公路工程建设中存在路堤临界高度的现象,根据国内外已有的文献资料全面总结了路堤临界高度的3种确定方法:实测资料确定法、理论公式计算法和离心模型试验法。在此基础上,根据某高速公路的大量实测数据,利用多元线性回归分析方法,得到了一个路堤临界高度计算的经验公式,探讨了软土地基硬壳层和软土层厚度与路堤临界高度之间的内在联系。     

预制空心块地温调控技术影响因素试验研究

利用块石层调控路基地温是冻土工程主动冷却路基的一种重要措施,有关块石层的降温性能和对流换热过程是冻土工程应用研究的重要内容之一。试验基于块石层的对流换热机理以及影响块石降温性能和对流过程的因素,提出一种新型的空心块石路基结构,通过室内模型试验对空心块石层的对流过程、温度特性及降温影响因素进行研究,并通过高精度微风速探测,首次获得封闭条件下空心块石层的对流特征和温度特性的关系,实测证实对流换热过程的存在。研究发现,换热过程和换热强度的差异导致温度曲线的非对称性,对流换热是空心块石层降温的根本原因;空心块石层上下表面温差和对流速度大小存在一定的联系,对流速度和对流时间的长短直接影响降温效果;空心块石层降温效果相当显著,并且垂直堆放方式和大尺寸空心块因具有较畅通的对流通道,降温速度更快且效率高,对流放热时间明显延长。该试验研究成果将对该种新型工程措施机理的进一步认识和改进,以及在冻土区高速公路等重大工程建设中的应用都具有指导意义。     

天然软土地基上路堤临界高度分析

根据Boussinnesq应力公式和Mohr-Coulomb破坏准则,导出天然软土地基上路堤临界高度的计算式。考虑地表硬壳层对路堤荷载的扩散作用,分析硬壳层厚度和刚度对路堤临界高度的影响。导出的路堤临界高度计算式在特殊条件下可简化为巴布科夫公式和Fenenius公式。     

开放表面透壁通风管路堤碎石的降温机理分析

为揭示青藏高原冻土区采用的透壁通风管增强开放边界路堤碎石的降温机理,对埋设水平透壁通风管的100cm×60cm×100cm碎石试样进行了室内试验。结果表明:透壁通风管开放路堤碎石存在4种传热过程,即通风管的管壁与管内流动空气的对流换热,外界大气通过路堤碎石开放边界与其内部孔隙空气循环引起的强迫对流换热,管内流动空气通过管壁的透气小孔与附近碎石层内的孔隙空气循环引起的强迫对流换热及路堤表面的热传导换热;当通风期间进入透壁通风管内的空气温度低于通风管周围碎石区域的温度时,路堤碎石通过开放边界及管壁透气小孔使外界冷空气与路堤碎石层内孔隙空气形成的循环运动能增强路堤碎石冬季冷空气引起的降温效果。     

沙漠公路路堤输沙性能风洞试验

引用风沙环境流场理论,分析了路堤断面对流场的影响以及风向对路堤输沙性能的影响。采用风沙环境风洞试验方法,推导出路堤阻沙性能指数与流场速度、路堤边坡坡度、路堤高度的多因素数学模型。结果表明:路堤阻沙性能指数与流场速度呈幂函数变化,与路堤边坡坡度呈负指数变化,与路堤高度呈指数变化和直线变化。     

软基上加筋路堤临界填土高度近似计算方法研究

将加筋材料假定为作用于路堤堤底的水平均布作用力,采用极坐标体系下的Flamant和Cerruti公式和统一强度理论,推导了考虑加筋及中间主应力的地基临塑荷载与临界荷载公式,提出了考虑堤底水平加筋下路堤临界填土高度计算方法,并以工程实例验证了所提出方法的实用性。     

块石路堤、护坡导热系数的实验研究

讨论了块石路堤、护坡试样在表面温度周期波动时自然对流产生的条件,分析了开放系统和封闭系统块石试样内部的热传输机理,以说明其热扩散系数和导热系数的确定方法。指出开放系统的试样由于传热形式不单一而不利于热扩散系数和导热系统的精确测定,而封闭系统试样内部的传热形式以热传导为主。结果表明,可用封闭系统的细长圆柱试样来测试路堤、护坡块石的热扩散系数和导热系数。     

天然双层软土地基上路堤工程特性研究

硬壳层作为软土地基上的一层特殊"保护层",对软土地基起着应力扩散的作用,在考虑硬壳层效应的情况下,通过试验段的现场试验和理论分析,对滨海地区高速公路软土硬壳层工程特性及处理技术进行分析与评价,确定了天然双层软土地基上路堤临界高度.     

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。     

基于统一强度理论的路基临界填土高度计算分析

临界填土高度是高速公路工程中一个非常重要的问题,当路堤施工期填筑高度小于临界填土高度时,路堤的施工期稳定就能得到保证,因此,临界填土高度的研究对高填方路基的设计与施工具有重要的理论意义与实用价值。基于统一双剪强度理论,对路基的施工期稳定性评价方法进行了探讨与分析,并给出了考虑中主应力影响下的路基临界填土高度的计算公式。采用该方法对京珠高速公路某合同段高填方路基临界填土高度进行了实例分析计算,并对基于统一双剪强度理论和Mohr-Coulomb准则的临界填土高度计算结果进行了对比分析。     

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。     

桩承式加筋路堤关键问题研究

利用弹塑性有限元方法研究了桩承式加筋路堤应用中的几个关键问题,包括桩承式路堤的沉降组成和分布规律、适用条件、荷载分担比的影响因素等。具体研究了未打穿软土层情况下不同路堤高度时的路堤沉降规律,在打穿和未打穿2种情况下荷载分担比随桩托板尺寸、桩间距、路堤高度等因素的变化规律及土工格栅的作用。结果表明:路堤沉降主要取决于桩端以下软土层的压缩;荷载分担比随桩托板尺寸和路堤高度的增加而增大,随桩间距的增加而减小;土工格栅对荷载分担比和路堤沉降影响都不大。     

多年冻土地区隔热板路基工作机理研究

利用非线性有限元方法,对多年冻土地区隔热板路基温度场的变化特征进行数值模拟,进而对隔热板路基的工作机理进行研究。研究表明:路基内部铺设隔热板后,路基温度场的分布特征受到很大影响;板下土体与外界的热交换强度大大减小,对外部温度变化的响应速度显著降低;隔热板在不同季节起到不同的作用,在夏季阻止外部热量进入路基,有利于路基稳定,而在冬季则阻止路基热量的对外散发,不利于路基稳定;暖季施工的隔热板路基在建成初期稳定性相对较差,后期其冻土保护效果显著。