典型多年冻土区公路地温观测研究

为了研究多年冻土区地温分布及其演化规律,基于国道G314线布伦口-红其拉甫段路基地温现场监测资料,采用热传导理论和非线性分析方法对沿线多年冻土地温数据进行回归拟合,建立了不同地段的地温波动预测模型。研究结果表明:不同监测时段的冻土地温变化规律基本相同,在2~3.5m深度范围内,温度降幅较大;3.5m以下温差变化相对缓慢,在0℃线左右波动,并逐渐趋于稳定。多年冻土地温预测值与实测值相关系数均在0.96以上,预测效果良好。研究成果可为冻土路基地温预测、变形监测和降温措施制定提供参考。     

考虑相变作用的冻土路基变形场的数值分析

多年冻土活动层中每年都发生着季节的融化和冻结,并伴生有各种冻土现象。由此产生了多年冻土路基冻胀、融沉、纵向裂缝、反拱及波浪等一系列病害。冻土的冻胀融沉特性是导致道路工程冻害的直接原因,为了进一步定量描述其特性,本文建立了冻土路基变形场的二维数值计算模型,并应用有限元的方法求解路基土体冻结时变形场的分布规律。通过对土基范围内冻胀带对路基土体变形场作用的研究,进一步分析了冻土路基破坏的机理。     

高纬度多年冻土区漠北公路路基变形特征分析

通过漠北公路沿线各试验段不同冻土条件和工程措施下各层土体沉降变形状况,分析东北高纬度岛状多年冻土区路基沉降变形主要发生土层部位及其破坏原因。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,变形主要由原天然地面下季节活动层的沉降压缩变形等引起,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。     

岛状多年冻土路基年周期性侧向位移试验研究

在岛状多年冻土区,冻土路基的自适应侧向变形季节性特征较明显,当变形过大时,极易诱发纵裂、滑坡等严重的路基病害,因此准确掌握该类路基侧向位移的规律特征,是提高公路设计质量、保障公路安全通行的关键。因此,以实际工程为依托,选取代表性路基试验断面,通过对工后一年内路基土体侧向位移的试验观测,发现岛状多年冻土路基年周期性侧向位移具有明显的阶段性特点。其中,由于水分迁移导致的位移累积曲线近似呈S状,年周期内路基侧向变形最大位置一般位于路基活动层附近;根据试验结果的对比分析,揭示了冻土上限覆土厚度、含水率对路基侧向位移的影响作用。     

关于青藏铁路热棒路基稳定性的探讨

热棒路基是青藏铁路的重要组成部分,通过调整热棒的埋设位置、热棒的横向间距和纵向间距等来控制路基人为上限合理位置和控制路基协调变形。路基的强度和稳定性是保证青藏铁路正常运营的基本条件,只有使热棒得到合理布设,才可达到保护多年冻土、增强路基强度、保持冻土路基稳定的目的。文中通过分析不同形式的热棒试验路基的稳定性,总结提出了热棒的合理布设位置、纵向间距和横向间距。     

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.     

东北岛状多年冻土分布特点及其公路路基设计对策

以东北岛状多年冻土的冻土温度高、受地表植被及土质岩性和地表水影响大、分布面积小、冻土厚度薄等特征为依据,结合对已有的多年冻土区公路建设的成果提炼后再创新,按预先融化冻土、控制冻土融化速率和保护冻土的路基设计原则,分别提出了冻土厚度小于2 m、大于2 m的路基设计技术方案,对东北岛状多年冻土区的公路路基设计具有重要指导意义.     

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。     

多年冻土地区路基变形特征及影响因素

青藏公路沥青混凝土路面修建后,增大了路基下多年冻土的吸热量,导致了多年冻土融化。多年冻土融沉变形在冻土路基变形中占主导地位,其发生、发展与冻土温度及工程地质特性等有关。通过青藏公路唐南地区路基变形监测数据,分析了路基变形的特征及多年冻土融沉变形的影响因素。     

多年冻土区路桥过渡段变形及地温场试验

根据多年冻土区路桥过渡段路基在竣工后3 a内的现场试验数据,分析了路基不同位置的地温变化、路基基底沉降变形和路基不同位置沿横向及纵向的沉降变形规律。结果表明:采用粗颗粒土填筑的过渡段路基对多年冻土区土体有明显的冷却效果,可防止多年冻土上限的下降;路基阳坡的沉降大于阴坡,而沿路基纵向,距离桥台越远路基沉降越大,但路基沿横向和纵向的沉降均满足工程要求;这种粗颗粒土填筑的路桥过渡段可适用于多年冻土区。     

高纬度多年冻土区路基温度场规律研究

通过对漠北公路沿线各试验段不同冻土条件、路基高度和工程措施下,路基下多年冻土温度场的变化情况进行研究,分析东北高纬度多年冻土区路基变形的主要原因。分析结果表明:在高纬度多年冻土区修筑路基后,会造成多年冻土上限大幅下移,从而在路基下形成一个较为明显且厚度较大的软弱层,进而引发路基沉陷。东北多年冻土区路基施工时,地表土体可采用砂砾或块石对表层土地进行冲击碾压,在高含冰量路段可采用块石路基,以缓解因下层土体沉陷而引起的路基变形。     

边坡岩土体变形监测的光纤光栅测斜仪研发与工程应用

针对目前测斜仪存在的不足,利用光纤光栅传感技术的优势,研究开发了一种监测岩土体内部变形的光纤光栅测斜仪,并成功应用于某公路膨胀土边坡的坡体位移变形监测。工程现场边坡监测结果表明:该光纤光栅测斜仪监测的结果与常规测斜仪监测的结果比较吻合,验证了该光纤光栅测斜仪工作的可靠性。该测斜仪可和其它量测边坡参数的光纤光栅传感器组网成为一个监测系统,可实现对高边坡岩土体内部变形情况进行长期在线监测和安全预警预报。     

基于光纤光栅传感技术的岩土体测斜仪研发及工程应用

针对目前测斜仪存在的不足,利用光纤光栅传感技术的优势,研究开发了一种监测岩土体内部变形的光纤光栅测斜仪,并成功应用于某公路膨胀土边坡的坡体位移变形监测。工程现场边坡监测结果表明:该光纤光栅测斜仪监测的结果与常规测斜仪监测的结果比较吻合,验证了该光纤光栅测斜工作的可靠性;边坡位移变化最大发生在第二级边坡,变形量为61mm,第一级边坡变形较小,变形量为13mm,可见在边坡脚位置设置坡脚挡土墙可以显著提高边坡的稳定性。该测斜仪可和其他量测边坡参数的光纤光栅传感器组网成为一个监测系统,可实现对高边坡岩土体内部变形情况进行长期在线监测和安全预警预报。     

青藏公路空间效应与多年冻土区公路修筑技术

青藏公路由北向南纵贯青藏高原腹地,昆仑山唐古拉山间平均海拔4500 m以上,在沿线700多km范围内广泛分布有全球独一无二的以高海拔高温为主要特征的多年冻土。从多年冻土地区公路空间效应所包括的路基尺度效应、沥青混凝土路面结构效应、路基非对称变形效应3个方面入手,针对多年冻土地区公路路基、路面、桥梁、生态保护等主要工程对象,采用理论模拟、室内试验与实体工程检验相结合的方法,开展路基稳定、路面耐久、桩基安全、生态恢复等关键技术研究。结果表明,多年冻土地区公路空间效应是随时间变化的过程,公路冻土工程的稳定性、耐久性与空间效应密切相关,特殊路基结构与针对性的冻土工程措施是提高公路使用寿命和品质的有效解决途径。     

青藏公路典型路基病害影响因素分析

为研究青藏公路典型路基病害与多年冻土特征和路基高度之间的关系,根据青藏公路历次病害调查和勘探资料,开展统计研究。研究结果表明:沉陷、波浪病害随年平均地温的升高呈先增大后减少的趋势;随路基下伏多年冻土含冰量的增加而增大,含土冰层区相比饱冰冻土区沉陷、波浪病害会有一定量的减少;路基沉陷病害随路基高度的增加而减少。路基下伏多年冻土融化是产生纵向裂缝的根本原因,纵向裂缝病害随下伏多年冻土含冰量及路基高度的增加而增大。     

青藏公路多年冻土区碎石路基试验工程的降温分析

为解决多年冻土地区路基的融沉变形,防止冻土上限进一步下降,应用碎石路基主动保护冻土,是目前兴起的一种新措施。依托平行于青藏公路的试验工程,动态监测路基内温度,通过现场测试结果分析普通路基与碎石路基内的温度变化,揭示碎石路基的降温效果。结果表明,碎石路基具有一定的降温效果,适于在多年冻土地区应用。     

青藏公路多年冻土段纵向裂缝的分布规律及形成机理分析

通过对青藏公路多年冻土路段纵向裂缝的形成条件和影响因素的调查,根据裂缝形成的路基高度、建设历史、冻土类型、路基坡向和路基排水等条件探讨纵向裂缝的分布规律,依据裂缝的形成条件、影响因素、形态特点和变形特征进行形成机理分析,认为纵向裂缝的形成和分布与多年冻土融化、季节活动层冻融过程密切相关,路基过高、地表积水等因素也是裂缝产生的重要影响因素。研究可为纵向裂缝的工程防治提供参考依据。     

退化性岛状冻土路基位移场地温响应研究

退化性岛状冻土连续性差,退融速率快,冻土路基病害较为严重。掌握该类路基随地温变化的变形规律,就可从根本上解决其热稳定性问题。为此,建立了该类冻土路基位移场的理论分析模型和有限元模型,并以实际工程为依托,通过对工后1 a内路基地温场、位移场的数值模拟及实测分析,提出了退化性岛状冻土路基位移场的周期性地温响应规律及"热缩"效应。研究结果表明:在一个周期内,该类冻土路基位移场的地温响应过程可分为冻胀、压缩及融沉3个阶段。其中冻胀与压缩阶段,地温变化对路基热稳定性影响较小,而融沉阶段产生的融沉位移对路基稳定性影响较大,且较地温变化有一定的滞后时间,当地温环境由升温状态向降温状态转变时发生,在此期间应加强对路基冻土的保护和监测。     

青藏高原多年冻土区站场路基温度场的有限元模拟

在多年冻土区修建铁路站场路基,打破了原来天然地表与外界的热力平衡,地下温度场将重新分布。根据此特征可以推断多年冻土的发展演化趋势以及评定路基的稳定状况,结合实际监测数据,利用AN SY S软件对路基下温度场进行有限元数值模拟。模拟计算结果表明:路基下冻土上限发生了上移,多年冻土得到了保护;试验段内冻土人为上限和未受路基影响的冻土天然上限均逐年下降;同时,路基阳坡、阴坡两侧地下的温度场分布特征的差异构成了路基不均匀变形和路面裂缝的潜在威胁。