沥青路面冻土路基的水分积累过程分析

为研究多年冻土地区沥青路面下部水分的累积情况,在青藏高原北麓河地区的沥青路面和砂砾路面下部进行不同深度和位置的原位水分监测。建立液态水分随时间变化的数据序列,计算2种路面不同位置的水分累积情况。结果表明:沥青路面路基中心、右路肩、右路肩与路基中心中间3个位置均在0.5～2.5m深度范围内和多年冻土顶板附近有明显的水分累积现象;受垂向和水平向渗流与水分迁移的影响,右路肩和路基中心位置水分汇集相对较多;随着沥青路面的使用,路基中心的水分将会不断增加;与砂砾路面相比,沥青路面对地面相对性质的改变减少了土体水分与大气交换的途径,加剧了土体中水分的累积,影响路基稳定性。     

青藏铁路多年冻土区热棒路基温度场三维非线性分析

高温高含冰量的多年冻土地段,极易受外部条件的扰动而发生变化。针对此类冻土的特征,提出了热棒路基。根据带相变热传导有限元方法,对普通路基、热棒路基在未来50年青藏铁路沿线气温上升1.0℃情况下的温度场进行了预报分析和比较。计算结果表明,在年平均气温为-3.5℃或年平均地温为-1℃的地区,在青藏铁路50年的使用期内,普通路基在气温升高条件下路基下伏冻土都将发生融化,路基将会产生较大融沉变形,不能保证青藏铁路路基的稳定性。热棒路基具有主动冷却的作用,可以更好的保护冻土。路基计算结构表明,在未来50年气温上升1.0℃的条件下,在年平均气温为-3.5℃或地表温度为-1.0℃的青藏铁路沿线多年冻土地区,热棒路基可以抵消气候变暖的影响,可以保证路基下伏冻土不发生融化,从而可以保证路基的稳定性。     

多年冻土区灌注桩的人工冷却试验研究

多年冻土区灌注桩修筑过程中，混凝土携带的热量和水化热会对周围冻土产生强烈的热扰动，由于基础在回冻前承载力非常小，因此桩基的快速回冻已成为该地区基础设施建设中备受关注的问题。为解决该问题，创新性地提出人工冷却法在多年冻土区灌注桩中的应用，以实现基础的快速降温和回冻，并在青藏高原北麓河进行现场人工冷却灌注桩试验。试验结果表明：人工冷却降温效果显著，试验进行到第2天，基础周围土体温度已经降至天然场温度以下；随着冷却试验的继续进行，基础和周围土体的温度会进一步降低；人工冷却有效降低了土体温度，并增加了桩基周围土体的冷储量，冷却试验结束后的第7个月试验桩的平均界面温度为-0.6℃，无冷却措施桩对应的平均界面温度为-0.37℃。承载力计算结果表明：人工冷却可以快速、大幅提高桩基的承载力，通过该措施的应用，试验桩的承载力可提高至2 231 kN，而无冷却措施桩对应时刻的承载力仅为549 kN；该措施有效缩短了冻土区灌注桩施工的后续等待时间，经过人工冷却的桩基承载力很高，冷却结束后即可进行上部荷载的施工。人工冷却可作为冻土地区桩基快速施工中的一种重要方法和有效途径，其不仅能够解决灌注桩对冻土产生热扰动这一难题，还能够有效缩短工程的建设周期，具有很高的工程应用价值。     

抛石护坡保护公路下退化性多年冻土效果现场监测研究

为了验证抛碎石护坡保护退化性多年冻土区公路下多年冻土效果,2003年在214国道建立了抛碎石护坡试验路,并建立了系统的地温监测断面.监测结果表明,抛碎石护坡可以在夏季对路基土体起到保温作用,在冬季可以降低路基土体温度;采用抛碎石护坡措施断面各孔位多年冻土地温保持稳定,多年冻土人为上限也比较稳定;采取抛碎石护坡措施以后,可以降低路基周边温度,增强路基的热稳定性,有利于保护或延缓多年冻土退化,减轻公路路基病害程度.     

基于pF Meter的土体冻结特征曲线研究

为解决冻土中土体冻结特征曲线(SFCC)长期以来只能通过经验模型间接推测获得,且土体冻结特征曲线(SFCC)与土水特征曲线(SWCC)间关系的相关研究也因技术手段制约而仅停留在理论假设阶段的问题,采用可直接用于极端负温条件下的pFMeter基质势传感器,得到青藏红黏土、兰州粉土、细砂这3种不同粒径土体的冻结特征曲线,获得三者在冻结过程中未冻水数量与能量变化之间的规律;对过去冻土学研究中利用Clapeyron方程间接转换获得土体冻结特征曲线方法的可靠性进行试验验证;此外,针对不同粒径大小土体冻结特征曲线及土水特征曲线进行比较,并对以往冻土冻胀研究中将饱和冻土中冰晶等划为非饱和融土中气体的方法进行验证。结果表明:Clapeyron方程得到的冻结特征曲线与实际测定的冻结特征曲线基本一致,Clapeyron方程可用于土体冻结特征曲线的预测;冻结特征曲线与土水特征曲线虽在形态上具有一定的相似性,但由于冻结过程与脱湿过程土中相的不同所致的各相间界面力不同,导致其在数值上存在一定差异,且差值大小与土体平均粒径成反比,进而证明了被广泛用于冻土研究中的将冻土中冰晶体视作融土中气体来简化冻结过程中冰晶-液态水-土颗粒关系的方法并不合理,并从理论上阐述了其机理;相关研究成果可为后续研究冻胀过程中水分迁移机制与水分迁移驱动力提供相应的基础理论支撑。     

青藏铁路多年冻土区普通路基地温监测及其预测分析

青藏铁路多年冻土区局部地段以普通路基形式通过,其稳定性与铁路的正常运营密切相关。2002～2003年在北麓河布置了普通路基试验段,用于监测路基的温度状态。基于监测资料,分析路基边坡温度变化过程、路基及下部土体温度场分布以及进入多年冻土的热流量。结果表明,阳坡面年平均温度比阴坡面高2.9℃,阴坡面温度年较差比阳坡面大2.2℃。受地表温度边界条件控制,路基阳坡下土体融化深度明显大于阴坡,且路基下部土体处于升温状态。路基下部土体不同部位主要表现为吸热强度逐年略有减小的吸热状态。模拟计算50年气温升高1℃条件下路基温度场,结果表明50年后路基冻土上限下降明显,并且冻土温度主要介于0～-0.5℃之间。     

青藏铁路高填方路基对下伏多年冻土热状况的影响

基于青藏铁路北麓河试验段两个监测断面的地温监测资料 ,分析了修筑高路基后下伏土层的热状况变化特征。结果表明 ,修筑高路基后 ,多年冻土上限有所抬升 ,而下伏土层地温明显升高。多年冻土上限的抬升主要是由于高路基的热阻效应导致上限附近土层温度变幅急剧减小而形成的。高路基的修筑会引起路基阴阳面热交换状态的明显差异 ,路基阳面边坡是最强烈的吸热面 ,而路基阴面边坡表现为放热效应 ,由此会形成下伏多年冻土融化状态的不同     

多年冻土区路堑边坡防护试验研究

研究目的:目前,多年冻土区路堑边坡防护方面开展的试验研究较少,缺乏设计、施工和应用效果等方面的研究成果.基于青藏铁路北麓河试验段柔性护坡试验工程的地温和变形观测资料,分析了泡沫玻璃护坡和草皮护坡下的地温发展变化规律和边坡纵向变形过程,阐述了两种柔性护坡防护工程的应用效果,希望为多年冻土区道路工程边坡防护设计、施工提供科学依据.研究结论:泡沫玻璃板短期内具有较好的保温效果,可以减小季节融化深度,有利于边坡的稳定.但泡沫玻璃护坡段冻结期发生了较明显的冻胀变形,并导致泡沫玻璃在外力下的破碎和断裂.考虑到其易风化,抗变形能力和适应性较差,该种泡沫玻璃不宜在多年冻土区路堑边坡防护工程中推广应用.草皮护坡段下的季节融化深度较大,但草皮护坡整体上大部分比较平整,变形较小,其变形适应性较好,可能是比较适宜在多年冻土区路堑工程中应用的边坡防护形式之一.     

EPS保温板在青藏铁路中应用的适用性评价数值模拟

保护冻土原则是多年冻土区路基设计的首要要求。本文运用带相变瞬态温度场有限元数值解法,模拟分析铺设聚苯乙烯(EPS)板后铁路路基下多年冻土最大融化深度在随后50a内随时间的变化,提出保温板铺设的适宜位置;总结分析保温板厚度和路基填土高度的关系;基于年平均气温给出多年冻土区铁路路基工程中保温材料的适用范围,并对多年冻土年平均地温对保温处理措施适用范围的影响进行了分析。