青藏高原多年冻土区公路智能选线方法

为解决传统公路选线方法难以完全考虑青藏高原多年冻土区复杂地理环境的问题,将地理信息系统(GIS)的空间数据分析技术与智能进化算法引入到多年冻土区的公路选线过程中。利用GIS进行青藏高原多年冻土区的空间数据挖掘,从冻土病害影响因子的连续度和发育度方面考虑多年冻土区微地貌对公路选线的影响,建立了冻土病害危险度计算模型。利用面向对象技术开发组件式GIS,应用于青藏高原多年冻土区,完成了对多年冻土区复杂地理信息的分析和提取。构建了线位优化遗传算法,确立了自适应的迭代策略,借助粒子群算法,建立了基于遗传算法的路线优化模型。以青藏高原西大滩至昆仑山口路线走廊带某路段为例,进行了公路智能选线研究,经算法多次迭代后,得到了最优的线位方案。研究结果表明:在实际环境数据试验中,遗传算法在迭代至第60代左右时得到危险度最低的优选方案,其综合危险度稳定在3.75左右。可见,青藏高原多年冻土区公路智能选线方法能够结合各类冻土病害的危险程度,为公路线位布局指明冻土病害影响较小的区域,有效兼顾了"主动保护多年冻土,确保路基稳定,生态环境友好,布局经济合理"等要求,可作为多年冻土区公路路线设计的参考方法。     

多年冻土区公路病害模糊专家预测方法

为了预测多年冻土区新建公路病害路段,辅助设计者在设计阶段进行合理设计,以模糊专家系统为基础提出了多年冻土区公路病害预测方法。以病害度为分析指标,以青藏公路某一路段作为研究对象,定性分析了道路病害的影响因子。根据实际病害数据,将青藏公路调查路段的病害度分为3级。结合青藏公路多年年平均地温、含冰量、冻胀率等病害数据,建立了多年冻土区公路病害路段识别的模糊专家系统。运用MATLAB中的Fuzzy Logic Toolbox工具,将各种影响因子作为输入变量,对10组多年冻土区等距路段进行了病害度计算,并运用SPSS软件对计算病害度与实际病害度进行对比分析。分析结果表明:随着年平均地温、含冰量、冻胀率的增大,道路病害率上升;计算病害度与实际病害度相关性达到0.751。可见,运用模糊专家系统对多年冻土区公路病害路段预测具有良好效果。     

冻土地区桩基础施工技术

多年冻土地区桥梁工程往往由于地基的冻融作用,不良冻土地区现象的影响,会产生各种工程病害,从而影响工程使用。结合大气温度、水文地质条件,混凝土入模温度、冻土初始地温场的影响及相变效应,以传热学为基础,可以得出冻土区单桩地温场控制微分方程、边界和初始条件,以及其空间分析的有限元计算模式。     

高寒冻土区路基变形演化规律与破坏特征

为进一步研究高寒冻土区路基变形破坏演化过程,以漠北公路K6+200断面处的高温高含冰量冻土区路基和K8+200断面处的低温高含冰量冻土区路基为研究对象,在路基不同部位和路基下不同深度处土体埋设温度传感器和变形传感器,研究了高纬度、高寒冻土区不同冻土条件下路基实测温度和变形演化过程及其特征。研究结果表明:在高温高含冰量冻土区,在公路建成2年后,路基下出现了明显的融化盘偏移现象,新建宽幅路基呈现出明显的横向不均匀变形特性,路基下形成了2个融化盘,其中一个明显向路基坡脚处偏移,左坡脚和路中冻土上限明显下降了3~4m,路基下原天然地表处沉降达4~9cm,而路肩处冻土上限基本保持稳定;在低温高含冰量冻土区,在保证一定路基高度的条件下,除了建成初期路基土体存在一定的变形(工后沉陷)外,由路基下多年冻土不均匀融化导致的变形很小,因此,在低温冻土区公路路基稳定性相对较好。可见,研究结论进一步阐释了高温冻土区路基、路面变形严重的成因,为高纬度、高寒冻土区路面结构抗融沉破坏设计和病害防治提供了参考,揭示了高温多年冻土区路基纵裂、沉陷等不均匀变形破坏的特征和成因,相比高温多年冻土区,在保证一定路基高度下低温多年冻土区路基具有相对良好的稳定性,这一结论对于高纬度、高寒冻土区不同冻土条件下冻土路基的设计及病害防治具有重要意义。     

高海拔多年冻土区砂石路面公路的路基温度场特征

为了研究修筑公路对高海拔多年冻土层热状态的影响，开展了新藏公路多年冻土区路段沿线病害调查，在海拔5 400 m地带修筑了冻土地温监测断面与气象监测站点；对气温、地温、辐射强度进行了监测，依据监测结果计算了冻土上限处的热流通量，分析了多年冻土层地温变化特征；基于热传导和热扩散理论，建立了天然地基及普通路基下部多年冻土地温-深度理论预测模型。研究结果表明：多年冻土区公路病害主要由于沥青路面大量吸热导致，热棒、隔热层等主动、被动保护的手段虽有一定效果，但不能改变多年冻土的快速退化；研究区域天然地基与路基中心一天内温差最高达19.66℃,左、右路肩一天内温差最高为4.94℃,天然地基下深层多年冻土温度稳定在-6.0℃左右，路基中心下部深层多年冻土温度稳定在-5.6℃左右，路基下部相较天然地基温度变化更为剧烈，且等温层温度更高；研究区域的辐射强度在一天的10:00～18:00显著增强，在一年的3～6月为辐射强度的顶峰期，浅层地温主要受辐射强度的年周期变化影响；天然地基、路基中心、阴坡路肩与阳坡路肩下部多年冻土层年热流通量依次为-4 001、-14 649、-4 487与58 303 kJ·m     

多年冻土区隧道施工过程中围岩温度场研究

随着青藏铁路建设工作的开展．寒区冻土工程日益受到重视。本文结合青藏铁路沿线多年冻土的主要特点，利用Ansys5．7大型有限元计算程序，对多年冻土区昆仑山隧道施工过程中地温场进行了模拟计算，分析了高原冻土隧道施工过程中围岩温度场的变化规律，并据此对多年冻土区隧道施工过程中的有关问题进行讨论．所得成果可供相应工程借鉴。     

多年冻土地区公路路基病害分析与处治技术

我国多年冻土分布面积约占全国面积的21.5%,约占世界多年冻土分布面积的10%,随着我国经济的快速发展及西部开发、东北振兴战略的推进,不可避免的会在多年冻土地区等复杂地形地貌区域修建高等级公路。多年冻土地区由于受到复杂的气候、工程地质和水位地质条件的综合影响,修建于冻土区的高速公路路基病害频发,使道路的使用寿命缩短,影响行车安全。国内外的专家学者对多年冻土开展了研究,铁道部第三勘察设计院于1964年组建了冻土队,与多家单位联合研究,在我国东北小兴安岭多年冻土区域开展了大量的现场     

遥感技术在公路选线中的应用

公路选线是公路勘察设计的重要环节,要求设计的路线方案既经济合理,又快速高效,并且安全可靠.因此,对高新技术勘察手段的应用要求也越来越高.遥感技术具有宏观性强、影像逼真、信息量丰富等特点,对地形地貌、地质构造、不良地质和特殊地质均有比较直观的反映,在工程区域地质条件评价、公路走廊带选择、路线方案比选、病害成因及其影响评价方面具有常规手段和传统方法所无法比拟的优势.本文简要介绍了遥感技术在云南水富至麻柳湾高速公路选线中的应用方法和取得的主要成果.     

多年冻土地区的桥涵工程设计

我国是多年冻土大国,不可避免地要在多年冻土地区修建工程。冻土地区桥涵工程的设计成为一个难题。考虑多年冻土特殊的性质,对多年冻土地区的桥涵设计进行阐述,可为多年冻土区桥涵工程设计提供参考。     

多年冻土路基病害和几种防治措施比较

引言多年冻土(permafrost),又称永久冻土,指的是持续三年或三年以上的冻结不融的土层。西藏是中国最大冻土分布区之一,也是世界上中低纬度地区海拔最高、面积最大的冻土区。冻土的危害在于其冬冻夏融产生不均匀的冻胀和融沉,从而造成路基变形、沉陷、翻浆等病害。西藏地区高海拔、中低纬度的冻土地带,水文、地质、气象条件复杂,且具有地温高、厚度薄、热融发育的特点,对气温变化更为敏感,是困扰     

青藏公路热棒路基降温效能

为了分析多年冻土区热棒路基的工程效果,定量评价其降温效能,基于青藏公路热棒路基试验工程近11年的现场监测数据,分析了热棒路基的地温特征、温度场形态和冻融过程,估算了阴阳坡影响下热棒附近的水平热收支状况。建立了空气-热棒-冻土地基三维非稳态耦合计算模型,分析了不同结构形式(单侧直插式、单侧斜插式、双侧直插式与双侧斜插式)的热棒路基的降温效能。实测结果表明:在热棒作用下,阳坡侧路基地温可降到-1.5℃附近,较普通路基地温降低约3.0℃,阴坡侧路基地温最低达到-2.1℃;热棒路基经过11年的营运,阳坡侧冻土上限抬升约0.95m,基本达到天然地基水平;阴阳坡两侧热棒的年平均实际功率分别约为69.80、54.07 W,且热棒路基在最初5年传递能量较大,第6年后逐渐减小,此后路基的热状况进入相对稳定的状态。计算结果表明:双侧直插式热棒路基与双侧斜插式热棒路基第20年冻土上限分别为2.88、1.88m,而单侧直插式热棒路基与单侧斜插式热棒路基第20年冻土上限分别为3.84、3.46m,因此,双侧热棒路基的长期降温效果明显强于单侧热棒路基,斜插式热棒路基强于直插式热棒路基;单根热棒的年平均功率为47~56 W,与试验工程监测结果较为吻合。     

中天山腹地G218线那拉提至巴仑台段冻土分布研究分析

基于中天山腹地G218线那拉提至巴仑台公路工程,通过地质调绘、挖探、工程钻探、电法测试、地质雷达检测、地温监测、取样试验等勘察手段,查明了区域地层岩性、冻土类型及分布规律,通过对冻土纵横向分布情况、冻土级别、冻胀性等指标进行分析研究,提出针对季节性冻土和多年冻土的路基设计原则及处理方案,为路线方案的确定提供了有力保证.     

青藏铁路低温冻土区片石路基的温度特征

在青藏铁路五道梁低温冻土区进行了片石护道路基新结构和土护道路基结构的实体工程试验,以确定路基修筑对温度场的影响．对测试断面冻融循环的地温监测资料的分析表明,2004年片石路基左右路肩孔冻土上限处,年平均地温分别低于土护道路基相应位置0．12℃和0．14℃．2005年片石路基左右路肩孔分别低于土护道路基相应位置O．65℃和0．03℃,冻土上限以下地温均呈逐年下降趋势．片石护道和土护道路基冻土上限均存在不对称性,但随着时间发展,片石护道路基最大融化深度位置基本接近或超过天然地面,且冷生过程还在继续．该区域的片石护道路基新结构能够有效发挥降低地温、主动保护多年冻土的作用．     

多年冻土地区道路病害及对策探讨

对青藏高原多年冻土区进行研究,分析路基路面、桥梁涵洞病害原因。研究了水、热的变化规律对多年冻土的稳定性影响,其中冻胀、融沉等对道路产生的病害应得到重视,总结现已成功的常用冻土防护措施,分析道路工程相关冻害处置技术,提出多年冻土地区亟待研究的相关技术,为我国后期在多年冻土地区道路建设提供一定的参考。     

漠北公路冻土段路基沉降及地温观测方法

结合漠北公路冻土段路基沉降及地温观测的工程实践,介绍了高纬度多年岛状冻土区路基施工中沉降及观测的必要性,通过工程实例,细致阐述了不同融沉等级冻土段落沉降及地温观测设置的要求和方法,及对观测数据的分析方法,从而为冻土处理这一世界性技术难题的最终破解积累了经验。     

贵州省山区高速公路路线设计实例分析

贵州省为我国西部高原省份,公路建设任务艰巨繁重,且地形地貌差异大,水文地质复杂,生态环境脆弱,公路建设面临着严峻的挑战。结合贵州省某高速公路穿越的采空区、压覆矿、滑坡区等典型地质区域,对山区公路路线设计中选线技术进行分析与探讨,并对山区公路路线设计中若干问题提出建议。     

山区公路路线多目标优化设计

山区公路地形地质条件复杂,路线设计受到的制约因素较多,选线时需要综合考虑安全、费用、环保、舒适等多个目标.考虑到多目标间的冲突性,提出采用多目标遗传算法进行山区公路路线优化.利用此算法能在兼顾安全、经济、舒适、环保的目标下,给出一序列最优解,为路线方案决策提供直接依据.     

基于多目标进化算法的公路路线优化模型

根据公路设计特点,提出建立路线多目标优化模型以提高公路路线计算机辅助设计水平和层次的思想,将其定位在为路线交互设计提供一组协调各设计目标关系的初始方案,降低了优化难度,提高了优化模型的实用性.建立了基于多目标优化算法NSGA-II的路线优化模型,从理论上解决了模型建立过程中遗传编码、目标函数确定、遗传算子设计以及进化算法实现等关键技术问题.在GIS的支持下,对模型进行了验证,证明该模型能迅速获得一组满足路线设计要求的多目标协调路线方案,算法具有可靠性和实用性.     

青藏铁路多年冻土区路基工程稳定性评价

依托青藏铁路多年冻土区长期观测系统的成果,对青藏铁路多年冻土区路基工程的稳定性进行了研究,指出其稳定性总体上处于良好状态,仅有个别地段病害发育,针对病害路段从水热方面提出了防治措施.观测资料显示,科学合理的措施能有效地减缓病害情况,保障铁路的安全运营.     

分析公路路基地质灾害与选线设计

针对公路路基常见地质灾害,如地面塌陷病害、滑坡病害、泥石流病害等等,进行全面分析,并结合公路工程实例,简要介绍了做好公路选线设计工作的重要性,提出公路路基地质灾害预防措施、公路地质选线设计要点等等,保证公路路基地质灾害得到更好预防,提升公路选线设计水平,希望能够给相关工程提供良好帮助与借鉴。