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。     

多年冻土路基融沉数值模拟

为考察多年冻土路基在温度变化下的融沉问题,建立了相应的有限元模型。通过选取典型断面,在青藏公路实测数据的基础上进行了路基温度场计算模拟,其结果为后续的路基融沉提供了温度场-力学耦合计算的前提。路基融沉计算模型在导入温度场后,分别进行了自重作用和温度作用下的融深对地基沉降变形影响的计算。结果表明,不同的冻土融深对沉降变形影响不同。多年冻土地区修建公路,应采取措施保护冻土上限,减小路基融化深度。最后,在融沉计算的基础上提取了相应的融沉曲线回归式。     

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。     

多年冻土区宽幅公路路基的温度特性模拟分析

为研究多年冻土区G214高等级公路中隔热层、片石层对24 m宽路基的热影响效果,根据多孔介质的热对流及考虑相变的传热理论,分别对两种结构路基的温度场进行了模拟分析。计算结果表明:当路基宽度从12 m增加到24 m时,隔热层厚度应从10 cm增加到30 cm才可确保路基下冻土上限的稳定,但保温层所产生的热积累效应将使路基下冻土温度明显升高,且高温冻土核范围较大。从工程措施的可靠性及工程费用角度考虑,EPS隔热层不适用于G214宽幅路基中。如采用厚度大于1.8 m的片石层,则可稳定路基下冻土上限和增加冻土的冷储量,但同时要加强对路基边坡的热防护。     

施工季节对高寒冻土沼泽湿地路基热稳定性的影响

高寒冻土沼泽湿地对温度极为敏感,在该区域修筑路基易发生不均匀沉降变形,而路基修筑的施工季节是影响路基热稳定性的重要因素之一。为研究最佳施工季节和季节选定对路基热稳定性的影响,以省道224线二道沟兵站109岔口至治多段为依托,针对抛填片块石处治高寒冻土沼泽湿地的典型路基处治方式,建立有限元模型,分析春、夏、秋3个施工填筑季节对高寒冻土沼泽湿地路基热稳定性的影响。结果表明,路基中心和坡脚处的温度随着深度的增加逐渐降低,同一深度处路基中心处温度高于坡脚处温度,随着运营时间增加,冻土上限降低,路基中心处的冻土上限明显更低。在夏季施工填筑时引起的冻土上限下降值在相同位置处是秋季施工填筑引起冻土上限下降值的1.3~2.5倍。故认为秋季为最佳施工季节,秋季施工对路堤底部的热稳定性影响最小,夏季施工影响则最大,春季介于两者之间。     

冻土路基热学计算研究

通过合理的假设建立冻土路基温度场的理论模型，利用差分法程度对冻土路基的热学机理进行了研究分析，并着重利用风火山断面和五道梁断面的实际冻土条件和自然气候资料验证了模型的正确性。同时研究了青藏公路不同历史睡基高度和路面性状发生变化导致的冻土路基上限的历史变化过程，研究了不同路基调高度和不同冻土温度的冻土上限情况，分析了钢纤维水泥混凝土路面保护冻土的热学作用，同时预测新建公路路基的高度。     

不同填筑材料对公路路堤热稳定性影响的数值分析

为了对比分析块石和普通填土作为路堤填筑材料时路堤结构的热稳定性,以S308线伊尔施至柴桥段公路工程作为研究背景,通过数值模拟建立了考虑冰水相变的冻土路基传热模型,计算了项目完成后20年内路基的温度场,给出了两种填筑材料路基结构的地温变化和多年冻土上限变化.结果表明:填筑层为普通填土时,路基下多年冻土上限不断降低,融化夹...     

青藏铁路多年冻土南界路基地温特征分析

选取青藏铁路多年冻土南界典型断面,分析路基地温在运营阶段的变化特征,并对温度场可能的变化趋势进行推测:认为冻土区南界填筑路基影响了冻土天然地温场,使人为上限降低,并造成阴阳坡的温度场不均.因此,需要采用一定的补强措施来保障铁路的安全运营.     

保温护道对冻土路基地温特征的影响

根据青藏公路昆仑山段实际地温观测数据与工程地质特点，建立了路基温度场模拟计算的数学物理模型及其边界条件，运用有限元方法模拟保温护道对路基温度场的影响，并结合青藏公路保温护道段工程试验研究，通过对比分析研究了保温护道对路基地温特征的影响规律。结果表明：修筑保温护道在一定程度上恢复了青藏公路在以往修筑过程中就地取土所破坏的路基两侧冻土环境，对防止融化盘的扩大，减少与减缓路基病害的发生与发展起到了十分积极的作用；相对于未遭破坏的天然地袁而言，保温护道表面条件不利于冻土生存，冻土退化趋势有所加强。从路基热稳定性的角度，设置保温护道虽能有限度地缩小融化盘，其同时增大融化深度并提高年平均地温。人为上限、年平均地温及融化盘等路基温度场特征要素对设置保温护道反应不敏感，因此工程中不应将保温护道作为提高路基热稳定性的主要措施。     

多年冻土区通风管管距对路基温度场的影响

以青藏公路五道梁的通风管试验路为计算模型,对不同形式的通风管路基的温度场进行了有限元计算,重点分析了通风管管距对通风管路基温度场的影响.研究表明:通风管间距对路基温度场有较大影响,冷季通风管间距越小,对保护冻土路基越有利,暖季则反之.从路基温度场的总体状况来看,小间距通风管路基对保护冻土路基稳定更加有利.     

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。     

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.     

多年冻土区路基融沉变形分析

基于UL描述的大变形固结理论和考虑相变作用的温度场,通过联系方程,建立了大变形融化固结理论。假定未来50年升温2.6℃的条件下,对路基运营若干年后的热、力学状况进行分析。结果表明;路基对冻土上限有一定的抬升。路基中心的变形最大,远离中心的地表处最小。路基变形随着融化范围的增大而增加。此外,不同运营时间的路基变形速率不同。随着年平均地温的升高,路基沉降也随之增大。     

多年冻土区水泥混凝土路面下冻土路基温度场数值分析

运用abaqus有限元分析方法,对不同冻土断面类型,不同路堤高度的水泥混凝土路面路基温度场进行了数值模拟,计算结果与观测结果比较后证实有限元模型参数的选取和计算方法是正确可靠的。通过分析可以得出以下结论:在相同冻土断面地区,水泥路面基底融深较沥青路面下基底融深浅,体现了较好的热稳定性;不管何种冻土断面及路面类型,随着所处环境气温的升高,路面基底年最大融深均有所增加,沥青路面基底融深对中低温冻土地区气温升高的响应迅速,水泥路面基底融深对高温冻土地区气温的升高响应迅速;对于中低温多年冻土段水泥路面的大致路堤临界高度为1.2 m,对于高温不稳定多年冻土段,路堤临界高度在1.6 m左右,对于高温极不稳定多年冻土段,路堤临界高度在2.1 m左右。     

基于附加应力分析的多年冻土路基变形机制分析

路基沉降是多年冻土区道路建设中需要解决的关键问题之一。以往对冻土路基稳定性的研究主要集中于冻土路基变形与热稳定性等方面,对冻土路基沉降的力学机制关注较少。采取数值模拟方法,对冻土路基变形过程进行模拟,并从力学角度阐明路基变形机制。结果表明,路基填筑引起的应力重分布主要集中在垂直方向0～-3m、水平方向路基范围内;在附加应力作用下,活动层会产生沉降变形;路基变形主要来自于多年冻土层的融化固结,其次是高温冻土的蠕变,最后是活动层的压缩;冻土路基下不同层位的变形量有所区别,且开始产生变形的时间也不同;降低年平均地温,能够有效地减少路基变形。     

太阳辐射对青藏高原不同路面类型表面热状况及其下伏多年冻土的影响

分析了青藏高原地区太阳辐射的特点,实测了不同路面类型获得的太阳总辐射和净辐射,计算了路表有效辐射,最终得出水泥混凝土路面和沥青路面的太阳辐射反射系数。利用实际断面地温监测数据分析了太阳辐射对于不同路面类型及其下伏多年冻土的影响,最后由太阳总辐射及大气温度反演了路表温度,并进行了验证,从而得出了一个计算路面表面温度的参数化方法。研究指出,青藏高原地区的总辐射及净辐射均很高,对冻土的稳定不利。路面太阳辐射的反射系数与太阳辐射强度及测试的位置无关,但与路面颜色的深浅关系密切;水泥混凝土路面的反射系数大约在0.48左右,沥青路面的反射系数大约在0.20左右;在相同太阳辐射强度下,沥青路面吸收的太阳辐射能量更多,其下伏的冻土也更容易受到热扰动而退化。     

青藏公路多年冻土区混凝土空心块护坡路基应用效果分析

在综合遮阳板路基和碎石护坡路基工程应用经验的基础上,提出了一种混凝土空心块护坡路基的新型结构,并在青藏公路风火山多年冻土区修筑了两种空心块排列结构的试验工程,基于现场试验工程观测数据的分析,对两种结构的空心块护坡路基的降温效果进行了对比分析和研究,同时将空心块护坡路基与邻近遮阳板路基的调控效果进行了对比。结果表明:采用空心块护坡路基结构,可有效地减缓冻土上限下降的速率,维护路基下多年冻土的热稳定性,且沿边坡随意堆放空心块的应用效果要优于顺序摆放空心块的结构。