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。     

季节性冰冻地区公路边坡侵蚀破坏模式

针对季节性冰冻地区的路基边坡冻融滑坍破坏现象,分析了公路边坡破坏的各种侵蚀模式和影响因素。采用坡面流拖曳力法、坡面流量法等对坡面水力学特征进行研究,测算坡面冲刷临界坡度值,分析临界坡度与冲刷量之间的关系;同时采用有效应力法研究了冻融作用下的边坡安全稳定性。结果表明：季节性冰冻地区粘性土最大冲刷强度对应的临界坡度与目前常用的坡度值很接近或交叉,为减少水土流失,建议放缓土质边坡;边坡土体冻结前含水质量分数和融化后抗剪强度下降幅度是影响冻融滑坍破坏的主要因素,建议在设计中要考虑冲刷和冻融因素,并对特殊土质边坡进行相应的物理力学指标检测和稳定性验算。     

多年冻土地区填方路基温度场分布特征

针对多年冻土地区填方路基温度场对路面结构稳定性的影响,建立路面结构有限元数值模型,从填方路基高度、季节变化、地温条件、"阴阳坡"效应4个方面对多年冻土地区填方路基温度场分布特征开展研究。研究表明:坡脚处不同深度位置温度均随时间增长而呈周期性增长,其中0~5年时间内温度增长速率较快,前5年年均增长率约为3.2%~3.5%,第5年之后,温度增长变缓,增长速率约为0.8%~1%;10月的路基外天然地面达到最大融深,路面下融化盘达到最大,路基体处于最不利状态。第5年开始,未回冻融化夹层明显向阳坡侧偏移,普通路基融化盘呈扁平状,阴阳坡路基融化夹层则沿阳坡方向呈长条形;"阴阳坡"路基由于路基两侧温差较大,改变了传统"凸"形融化盘形态,融化峰面阴坡侧高、阳坡侧低,形成了天然滑动坡面,滑动面起于阴坡融化峰止于阳坡坡脚融化盘,10月的融化面处于最不利季节,对路基稳定性造成威胁。研究表明在多年冻土地区路基选择和修筑时,应充分考虑温度场变化对路基及底部多年冻土的影响,填方路基高度要有合理控制区间,考虑"阴阳坡"效应对路基稳定性的影响,做好路基阳坡面的防护措施,研究结果对多年冻土地区公路工程修筑提供参考。     

多年冻土地区路基冻胀变形分析

首先模拟气候因素变化过程,得到不同时期冻土路基温度场分布,温度场随时间的变化可以反映出冻结相变区的变化,然后考虑土体体积力和土体冻结相变产生的冻胀力,采用考虑拉破坏的热弹性力学方法,分析得到多年冻土地区路基变形分布和演变规律;在此基础上,对冻土路基纵向裂缝的成因进行研究,揭示出冻土路基纵向裂缝主要出现于路面中部及路面靠近路肩部位,这与实际情况是相符合的。进一步的分析表明:采用低冻胀性的土填筑路基,如采用碎石土填筑,对于降低冻土路基冻胀变形及防治纵向裂缝病害是有效的。     

季冻区路基边坡的水稳定性影响分析与防治

从岩土的水理性质出发,采用现场调查和理论分析相结合的方法,研究季节性冰冻区公路路基边坡中水的侵蚀机理问题和公路路基边坡溜方的稳定性影响,得出公路路基边坡坡面径流流速的关系公式和季节性冰冻地区公路路基边坡的滑动面平行于路基边坡坡面的结论,通过季节性冰冻地区公路路基边坡的应用实践举例,提出季节冰冻地区公路路基边坡水害的治理措施。     

多年冻土区公路高路基横向不对称热状况分析

通过对青藏高原214国道多年冻土区实测地温资料的分析，揭示出冻土路基中存在着显著的横向热状况不对称现象，阴阳坡热差异对路肩热状况的影响比对坡脚热状况的影响大。路基阴阳边坡表面的热状况差异与坡面吸收的太阳辐射能之间的关系很大，阴阳坡面获得的太阳辐射日总量随时间的变化趋势与其浅地层地温随时间的变化趋势基本一致，地温随时间的变化略滞后于太阳辐射日总量随时间的变化。     

多年冻土地区路基温度场的数值模拟研究

本文以五道梁地区典型路基为研究对象,对多年冻土地区路基温度场进行数值模拟,研究了不同上垫面类型对路基温度场的影响。结果表明:季节冻结过程的特点主要是单向冻结和双向融化,上边界负温变化大而下边界正温变化小,冻深主要受上边界制约。季节融化过程特点则是单向融化和双向冻结,上边界为正温变化大,下边界为负温变化小,同样主要受上边界制约。位于多年冻土地区的水泥路面结构可把路面的年均温度降低到2.2℃左右。受全球气候变暖的影响,路基各边界处年均温度均呈现上升的趋势,各边界升温速率从快到慢排序依次为:沥青路面、水泥路面、阳坡、天然地面、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。     

极端冰雪条件下边坡稳定性分析

极端冰雪天气可能造成边坡的稳定性下降。结合算例,分析了极端冰雪天气发生时,各个工况下边坡的稳定性。首先研究了气温开始下降时,边坡内部温度分布规律,并考虑冻融界面的强度损伤,计算了表面土体冻结时边坡的安全系数。接着,针对边坡融化过程,分析了坡面土体部分融化及全部融化后边坡的应力状态,孔隙水压力分布及安全系数。结果表明,边坡开始冻结和融化时,都能造成边坡的稳定性下降,但其发生原因和机理略有不同。     

地震作用下顺层岩质边坡变形破坏坡面效应

地震作用下,坡面形态对岩质边坡的变形破坏过程存在一定影响。文中以汶川地区公路沿线具有典型坡面形态的顺层岩质边坡为例,采用离散元UDEC软件,模拟4种坡面形态下边坡的变形破坏过程,并监测坡体关键位置处的位移和坡体应力场。通过模拟结果,对比分析不同坡型边坡变形破坏的动力响应时间、边坡的破坏位置,以及边坡破坏的程度和模式,总结出地震作用下该类顺层岩质边坡变形破坏的坡面效应,最后通过应力场分析引起坡面效应的原因。     

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。     

基于有限元法与极限平衡法的山区深挖路堑边坡施工安全性分析

为了在施工前根据地勘的基本资料准确地对山区高速公路深挖路堑边坡进行施工安全稳定性评价,依托资溪花山界(赣闽界)至里木高速公路中的深挖路堑边坡工程,采用极限平衡法和有限元法对不同断面形式、不同高度、不同加固程度的深挖路堑边坡在施工过程中各个工况下的安全系数、位移场进行了对比分析。结果表明:深挖路堑边坡的稳定性主要与挖方高度、边坡坡面坡度、地层地形差异等因素有关;边坡施工过程中坡面变形较大区域主要集中在全风化层和强风化地层;地形的不同与卸荷的不均匀会导致坡面开挖后侧向变形趋势的不同;深挖路堑边坡处于强风化地层的路基相比中风化地层的路基回弹变形更大,且垂直差异变形更大。     

对高填深挖的路基使用“边坡放样尺”放样方法的几点补充说明

1957年第7期“公路”杂志上熊锦韬同志给我们介绍了一种测量山坡路基边坡的工具。这种工具,构造简单,使用方便,适于修筑道路测定路基边坡之用。下面仅对在使用中的一些计算和测填深挖路基的方法,作一些补充说明,以供参考。一、放样的计算1.山坡路堤放样的计算:路面的横向结构不是一个水平的表面,而是具有一个横坡,其路肩也具有一个横坡 i_2。因此,在放样时,计算路肩边缘的垂直距离 aA,应将路面和路肩的横坡度考虑在内(图1)。     

针对多年冻土地区的宽幅公路路基变形及稳定性模拟分析

针对多年冻土层地区公路路基易发生沉降变形、裂纹等问题。以某工程项目为对象,通过现场实测数据和有限元法建立不同温度场合宽幅下的公路路基模型,分析公路路基的变形、位移状态。研究结果表明:随着温度降低,宽幅复合式基层路面结构的路基高温区和0℃冻结线逐渐下移,在11月份的路基整体结构层均处于冻结状态,低温作用下导致结构脆性增加,易产生开裂。宽幅复合式基层路面具有显著的"吸热、保温"效应,在路基内部形成范围较大的高温区,导致多年冻土路基结构稳定性下降,在水、热和交通荷载作用下产生结构变形和路基沉降明显大于窄幅基层路面,因此在实际施工过程中,采用窄幅公路路基具有更高的结构稳定性。     

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。     

高海拔深厚覆盖层库区公路变形破坏特征及防治措施研究

2018年强降雨诱发西藏高海拔深厚覆盖层库区公路变形破坏,加之库水的浪蚀作用,使深厚覆盖层库区公路路基变形破坏加剧。现场调查研究得出,库区公路变形破坏区域主要分为坡顶拉张区、临水面淘蚀区和坡内剪切-滑移区,变形破坏过程包括路面裂隙孕育阶段、路面裂隙加剧阶段和路基剪切-滑移阶段,整个库区公路以拉张-剪切破坏为主。以此为依据,防治措施主要针对库区公路拉张破坏和剪切破坏展开。其中坡面拉张破坏区周边采用截水沟、回填裂缝等措施进行处理,公路两侧设计边沟排水;剪切破坏应以压坡脚为主,防淘蚀为辅。经库岸塌岸预测,建议以库岸稳定性线为坡率设计依据,清除库岸稳定性线以上不稳定坡积块碎石,临水坡面设计干砌石护坡,下部设计一定厚度和满足级配要求的反滤层,对垮塌路基区域做回填处理。     

基于远程采集系统的季冻区路基温度场分析

为掌握季冻区已建路基温度场的分布特点和变化规律,选取哈尔滨市周边地区3个典型断面,利用自主开发的路基温度远程采集系统建立温度场。并对采集系统发回的一个冻融循环周期数据进行分析。结果显示:随着路基纵深的增加,温度梯度绝对值随之减小,温度波动幅度也越来越小且越来越平缓;各时期路基温度场以道路中线为中心,两侧基本呈对称状态。中央分隔带处冻结程度比两侧路肩处明显,路基冻结比天然地面快,但融化比天然地面慢,融化期阳面要早于阴面;路基填高为2.5m的断面冻结程度大于路基填高为1.5m的断面,融化过程无明显差别。     

多年冻土地区的公路路基温度场研究

以青藏公路为研究对象,采用数值计算方法模拟其多年冻土区路基温度场,对冻土路基温度场的影响因素及其分布进行了分析。最终得出以下结果,路基温度场数值模拟表明,自然上限在第一年为1. 81 m,相对于低路基而言,此时高路基形成冻结核,路基内形成融化楹,随后开始冻结天然地表,边坡和路面的地温高于天然地表,会出现滞后现象。人为上限受边坡影响较小,在寒区道路工程中,边坡坡度不是影响路基热稳定性的主要因素。当修筑完成保温护道后,将会进一步增强天然地表受热面,如果天然地表的温度低于保温护道表面年均温度时,就会增大年平均地温差值。在深度相同时,阳坡土体温度大于阴坡,在路基横断面,冻结线为倾斜的非对称分布。     

碎裂结构岩质边坡变形过程及变形机制分析

碎裂结构岩质边坡在坡度过陡、坡高过大的情况下,产生变形破坏的可能性较大,其变形特征常是边坡变形破坏机制的外在表现。通过对汤屯高速公路一段碎裂岩质边坡变形现象的现场调查,研究了碎裂结构岩质边坡变形过程及变形破坏机制。变形过程可分为:上部坡体蠕滑、上部滑移面贯通和潜在剪出口形成三个阶段。     

沙漠公路边坡冲刷形态及发展规律

根据毛乌素沙漠自然环境和公路边坡冲刷的调查成果,分析自然状态下降水对风沙坡面的影响以及风沙路基边坡冲刷的一般原因。将风沙路基总结为坡面整体冲刷、冲沟形成发展和冲沟扩展破坏三个典型阶段,并说明风沙边坡冲刷具有历时短、发展快、破坏大的特点,建议在工程建设中应予及早预防,科学治理。