有限单元法在人工冻土冻胀数学模型分析中的应用

建立了冻土中的热传导模型.在计算冻胀时,利用水分入流量和时间关系计算水分迁移引起的冻胀应变;利用已冻土中未冻含水量和温度关系,求原位水的冻胀应变,将冻结引起的体积膨胀系数作为负的热膨胀系数.利用MARC程序中热应力的计算程序计算外界迁移水和原位水的冻胀位移;两项位移之和为总冻胀位移,并利用冻胀率和荷载的实验公式来考虑荷载对冻胀的影响.采用有限单元法对二维水平冻结模型进行了数学模型分析.通过验证,证明所提出的有限元模型及相关参数,可以结合有限元计算软件用于计算冻土中的冻胀量,分析其在外界荷载作用下对环境的影响.     

季节性冻土地区客运专线路基工程防冻胀措施研究

季节性冻土地区路基冻胀和融沉使路基产生不均匀变形,破坏轨道的平顺性,已成为影响铁路运行速度和安全的重大隐患之一。解决路基冻胀问题是季节性冻土地区路基设计的关键。文中结合哈大客专铁路路基工程设计,对季节性冻土地区铁路客运专线路基工程防冻胀措施进行研究。     

盐渍土路基盐-冻胀变形试验研究

在季节性冻土和盐渍土灾害地区,盐渍土的盐-冻胀(盐胀-冻胀)变形对道路路基造成很大的危害.南疆阿拉尔市城市道路建成后,盐渍土路基变形较为严重.为了确定盐渍土路基变形破坏的类型、原因及其发生机理,对变形破坏严重的道路进行路面变形量、路基不同深度地温,日平均气温及测区地下水位的季节变化进行现场监测试验,并对路基盐-冻胀变形进行了评价.结果表明:试验路段路基的变形属于盐-冻胀变形破坏,路基中的硫酸盐使水泥土稳定基层膨胀开裂和外部水分入渗路基产生冻胀是路基产生变形破坏的主要原因.     

季节冻土区高铁路基保温层稳定作用研究

针对西宁至成都高铁若尔盖湿地段路基工程，基于传热方程、水分迁移方程与力场平衡方程建立季节冻土区高铁路基冻胀的水热力耦合模型，对比分析普通路基和保温路基的温度、水分和位移特征差异。结果表明：保温层有效降低路基的冻胀量，同时减小左右路肩的冻胀量差；保温路基与普通路基的总含水量分布相似，由于保温层将冻结锋面完全阻止在保温层内，其冻深远小于普通路基。     

季冻区水热变化引起的路基冻胀翻浆研究

路基内部温度和水分呈现动态变化,水分的迁移和温度的改变导致道路冻胀翻浆的产生。为了研究季冻区路基内部水分、温度的变化,以黑龙江省鸡讷公路的林口至大罗密段为依托工程,对典型路段天然位置和路基内部的温度和水分进行实时监测。通过分析黑龙江哈同二级公路的道路病害类型,项目监测了天然位置和路基内部的温度变化过程,分析了路基内部水分和温度在时间和空间上的变化规律,为数值模拟路基水分和温度变化规律提供具体的数据资料。最后从水热变化角度分析了路基内部冻胀翻浆病害产生的机理。     

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。     

季节冻土区高速公路路基含水状况与冻害调查

冻胀形成的纵向裂缝和道路翻浆导致的沉陷鼓包及车辙变形是季节冻土区高速公路路基冻害的主要形式。野外调查的大量资料表明,地下水是导致路基冻害的最积极活跃的因素。它不仅侵袭软化路基,增加其冻胀,而且侵袭防冻砂砾层甚至底基层,使其失去防冻作用和辅助承载作用,致使道路翻浆破坏。这种水分来源不一定都是地下水由下向上的竖向迁移,地面水也可通过路肩边坡、失效排水沟、路面裂缝和中央分隔带等部位侵袭到路基中来,从而使路基土和结构层材料性能恶化。     

季节性冻土区路基隔离层的设置

季节性冻土区,为限制冻土的水分迁移,需对冻土路基设置隔离层——隔热层和隔水层。文中介绍了隔热层和隔水层的设置位置及厚度,研究了设置隔离层对冻土路基的影响。     

基于BP神经网络的人工盐渍土冻胀预测研究

以季节性冻土区环青海湖段青藏铁路路基冻害为背景,通过现场采集的粉质黏土人工盐渍化后,考虑温度、水分、盐分、压实度4个因素进行室内冻胀试验,测试了不同温度环境下路基土体的冻胀率。根据试验所得参数,建立BP神经网络冻胀预报模型对土体冻胀率进行预测。结果表明:运用BP神经网络的预测结果与试验结果具有良好的一致性,误差为1%～5%。     

Mechanism Analysis on Subgrade Frost Heaving in Seasonal Frozen Region

为掌握季节性冰冻地区路基冻胀机理,减少由于路基冻胀融沉而产生的路面开裂、沉陷及翻浆病害,在重冻区路基中埋设了温度传感器,进行冰冻期路基温度自动监测,同时,对季冻区典型道路冻害进行了钻探调查.结果表明:上路床降温幅度大,降温速率高,路基土发生了快速原位冻结;下路床降温幅度小,降温速率低,发生了充分的水分迁移及焦聚现象,为聚冰带出现的深度;不同路基土质中冰的存在形式不同,且不同形式冰结构出现的深度和含水量呈现出一定的规律性;聚冰带出现的平均深度范围为1.08～1.65 m,含水量平均分布范围为14.7％ ～23％,含水量最大值均接近或超过了土的塑限含水量,冰晶析出,构成冻胀量的主体部分.在上述研究基础上,发现季节性冰冻地区路基冻胀是一个因路基密实程度和湿度不同,随着冷量推进和水分迁移热平衡状态不断形成和破坏,产生不同形式冰结构构成冻胀量的过程,建议通过排水、阻水措施控制路基湿度,并加强路基填料的均匀性、密实性控制,从而减少和防止路基冻害的产生.