岛状多年冻土区高速铁路路基热状态及工程措施效果分析

为揭示岛状多年冻土区高速铁路路基热状态,提出合理有效的制冷结构,在新建哈尔滨至伊春高速铁路某车站试验段开展现场监测,获得岛状多年冻土的地温数据;基于实测地温数据,采用冻土水热耦合理论,对将在试验段实施的两侧双排普通热棒路基、两侧双排+中心单排全季热棒路基、两侧单排+基底横向通铺全季热棒路基3种制冷路基结构进行数值模拟,对比了3种制冷路基结构的地温分布特征及对下伏岛状多年冻土的降温效果。研究结果表明：铁力地区年均气温和降水呈增大趋势,天然场地岛状多年冻土地温在-0.3℃左右,属于高温极不稳定多年冻土。3种制冷路基结构中,两侧单排+基底横向通铺全季热棒对岛状多年冻土保护及降温效果最优,两侧双排普通热棒最差。普通热棒路基的多年冻土上限呈“两侧凸,中间凹”形态,抬升不明显;全季热棒路基的多年冻土上限呈“上凸缓斜平顶”形态,抬升显著。研究成果可对多年冻土区高速铁路路基建设和结构优化提供技术支撑。     

青藏铁路多年冻土区热棒路基地温场分析

研究目的:为了及时掌握热棒路基的工程特性,把握热棒的降温效果,以便评价青藏铁路多年冻土区热棒路基的工程稳定性,本文选择青藏铁路一处热棒路基为研究对象,对该断面天然孔及左、右路肩孔2006～2009年的地温进行分析,研究热棒路基的降温效果.研究结论:通过分析得出0～1.5m深度范围内地温受气温影响变化较大,路肩孔1.5 ～10.0 m之间由于热棒的主动降温作用,地温呈逐年下降的趋势,并且在青藏铁路运营后的前2～3年内地温下降明显,表明热棒能快速降低地温,保护多年冻土.     

高温冻土区地温及路基变形特征研究

本文分析了青藏铁路沿线高气温和高地温典型地段在三个阶段的地温和路基变形特征。第一阶段(工程热扰动阶段),热扰动影响显著且出现了较大的热融变形;第二阶段(热扰动弱化阶段),多年冻土经过1～2个冻融循环以后,路基结构的散热降温效果开始显现,多年冻土上限开始稳定上升;第三阶段(新的热力平衡形成阶段),多年冻土上限普遍抬升,冻土得到有效保护,浅层土体含水量和密实度成为主要影响因素。     

青藏铁路多年冻土区路基热防护工程效果分析

研究目的:我国青藏铁路的修建充分考虑了对多年冻土的保护,在路基热防护措施中采用了热棒路基,碎(片)石护坡、块石护坡、片石气冷等关键技术。文章对青藏铁路各种路基新结构的地温进行研究,通过地温值计算得出最大融化深度,从各年最大融化深度的对比分析,研究这些措施对保护多年冻土,保证线路安全的作用。研究结论:通过对实测数据的分析得出热防护措施能使路肩下最大融化深度减小。路基新结构的应用对保护多年冻土、降低地温、稳定路基是有效的。     

青藏铁路路基下多年冻土演化特征及规律研究

通过对青藏铁路多年冻土区长期监测系统多年来的大量实测数据进行分析,研究了青藏铁路路基下多年冻土演化特征及规律。研究结果表明:青藏铁路沿线气温逐年升高,降水量、冻结指数和融化指数逐年增大,暖冬现象明显,地表温度年升高率达到0.06℃/年;沿线多年冻土区2007—2013年间冻土天然上限下移的达91%,不同深度处的地温整体处于升温状态;青藏铁路路基下多年冻土也发生了升温退化,在2007年冻土人工上限相对原天然上限均抬升的占81%,路基下多年冻土退化明显滞后于天然场地;片石路基、热棒路基等主动降温措施效果明显,保证了青藏铁路多年冻土路基工程的稳定。     

青藏铁路片石层表面开放与封闭的片石气冷-碎石护坡组合路基降温效果试验研究

为了维持多年冻土区路基的稳定,青藏铁路部分路段采用片石气冷—碎石护坡组合路基主动保护多年冻土。为考察片石气冷—碎石护坡组合路基片石层表面被风沙和积雪等封闭后,其降温效果是否失效,基于青藏铁路清水河地区片石气冷—碎石护坡组合路基2个测试断面、2个冻融循环的地温监测资料,研究片石层表面开放与封闭对片石气冷—碎石护坡组合路基降温效果的影响。结果表明：片石层表面封闭的片石气冷—碎石护坡组合路基及其基底平均地温比片石层表面开放的片石气冷—碎石护坡组合路基低0.16-0.23℃,负积温值封闭比开放大115.32℃.天,最大融化深度抬升幅度封闭比开放大0-0.4 m。说明片石层表面封闭的片石气冷—碎石护坡组合路基较开放的更有利于保护多年冻土,维持路基稳定;当片石气冷—碎石护坡组合路基片石层表面被风沙等封闭后仍具有良好的降温效果。     

牙林线多年冻土区热棒试验效果分析

既有铁路牙林线多年冻土区试验工程是为研究青藏线多年冻土修建的,用于整治大兴安岭多年冻土路基病害。热棒作为一种主动保护多年冻土的有效措施,在多年冻土的工程实践中得到了广泛的应用。文章仅就热棒的工作状况进行初步分析,虽然观测时间较短,但目前数据显示,该措施对降低基底地温,保护冻土效果显著,可在多年冻土区应用。     

青藏铁路多年冻土区片石护坡积沙段降温效果监测与分析

青藏铁路多年冻土区的片石护坡路基的大量使用,起到了降低路基基底多年冻土温度和调节多年冻土人为上限形态的作用,为青藏铁路的安全运营提供技术保障。青藏铁路多年冻土区沿线沙害主要分布在线路经过的河谷及湖泊附近,在风沙危害严重地段,片石护坡孔隙被沙害掩埋,改变了片石层传热特性,影响片石护坡的降温效果。通过室内试验及现场地温监测分析,根据不同条件(有无积沙、阴阳坡)对片石护坡的降温效果进行了对比分析,研究结果表明:(1)由于片块石层的大孔隙特性,使得片块石护坡能通过暖季隔热、寒季散热这一机理来对路基体进行降温,测温数据显示降温效果良好;(2)片石护坡积沙后其降温效果明显减弱,通过片石层内0.6 m和0.8 m深度的地温积温比较,积沙路段积温明显高于无积沙路段,其中路基阳坡侧高出约50%,路基阴坡侧高出约100%。     

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     

应用半导体制冷技术维护多年冻土区地基热稳定性试验研究

针对多年冻土区普通热棒在暖季难以维护路基热稳定性的技术缺陷,首次将半导体制冷技术应用于维护多年冻土地基热稳定性。在风火山多年冻土区试验场地开展了半导体与普通热棒制冷技术制冷效果的对比试验,分析2016年12月和2017年4—9月间天然地温、热棒、半导体制冷装置在0~6.0 m深度内的温度变化情况。研究结果表明:半导体制冷装置侧壁温度较天然地温在寒季低2.21~5.48℃,在暖季低0.81~3.80℃;半导体制冷装置较热棒在寒季低0.13~0.92℃,在暖季低1.16~2.06℃。半导体制冷装置比普通热棒能更有效地降低地层温度,减小冻融层厚度,增加地基冷储量,有效维护地基热稳定性。     

青藏铁路冻土路基沉降变形预测

青藏铁路试验工程北麓河试验段冻土路基沉降变形现场试验研究表明:即使路基下冻土人为上限有所上升,冻土路基仍会产生较大的沉降变形。这种变形主要来自原天然上限以下高温—高含冰量冻土升温引起的压缩变形。路基下多年冻土的升温幅度、高含冰量冻土层厚度和路堤高度越大,路基的沉降变形量就越大。数值计算结果表明:在路堤填土满足临界高度,且考虑青藏高原年平均气温逐年上升的条件下,青藏铁路北麓河试验段冻土路基在未来50年内的总沉降量可能达到30 cm。因此,要控制冻土路基的沉降变形,必须采取主动降低多年冻土温度的工程措施,单纯靠增加路堤高度的传统方法不能解决问题,甚至适得其反。     

青藏铁路运营期间低温冻土区片石气冷路基工程效果分析

冻土区筑路技术问题的关键是冻土的热稳定性,这种热学问题的力学表现是路基变形。通过对青藏铁路运营期间冻土区典型地段路基地温场和路基变形特征的分析,指出青藏铁路冻土区路基地温场形态控制了长期运营期间的路基变形总量和横向差异变形总量。这些变形主要由冻土季节融化层土体的冻胀融沉变形、冻土压缩变形、冻土长期蠕变变形组成。工程监测以及理论计算证明了片石气冷路基结构保护冻土效果的长期可靠性,证明了其减少运营期路基变形,保证冻土区路基工程的长期稳定性的效果。     

青藏铁路清水河地区路基下伏多年冻土地温变化特征研究

研究目的:分析青藏铁路施工区多年冻土上限的变化规律以及填筑铁路路基施工对下伏多年冻土赋存条 件的影响。 研究方法:系统分析埋设在青藏铁路清水河地区路基中2个断面内的共8个地温测试孔3年来采集的地温 观测资料,研究该地区铁路路基下伏高原多年冻土融化特征。 研究结论:由于受到填筑路基时赋存在路基填料内的热量的影响,铁路路基下伏多年冻土近地表的地温变 化特征与天然地面下的多年冻土的地温变化特征有明显的不同,且向阳面与被阴面差别较大。多年冻士的上限 在施工初期会有一个明显的下移沉降,随着时间的推移,虽然残存在路基中的热量逐渐消散,多年冻土上限下 降会逐渐稳定,但由于受到太阳辐射和路基边坡形状及融化夹层的影响,多年冻土上限会逐渐稳定,但不会在 短时期内上升到天然地面下多年冻土的上限水平。     

季节性冻土区高速铁路混凝土基床变形研究

路基冻胀问题是影响季节性冻土区高速铁路平顺性的核心问题之一,严重影响高铁运营质量和安全。混凝土基床是一种新型的高速铁路路基防冻胀结构,能够有效减少路基冻胀问题,但也存在其本身在季节性冻土区气候环境下的变形问题。使用顺序耦合热应力分析对混凝土基床开展仿真计算,分析其在不同长度、不同温度环境下的变形规律。研究结果表明:混凝土基床存在冬季两端翘曲现象,在极端条件下变形差可达4.8 mm,结构长度和环境气温均对变形有影响。     

青藏铁路多年冻土区涵洞病害机理分析

为了防治青藏铁路多年冻土区涵洞病害,通过对4座涵洞的现场变形以及温度场监测,利用现场调查与监测数据分析,查明涵洞病害形成的7种不同原因。结果表明:青藏铁路的施工以及水热侵蚀引起地基多年冻土升温融化下沉以及冻土蠕变下沉是造成青藏铁路多年冻土区涵洞病害的主要原因。可通过减少和杜绝涵洞地基周围的水热侵蚀以及采取埋设热棒等工程措施进而达到防治涵洞病害的目的。     

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。     

青藏铁路加筋路堤试验工程监测方法

结合工程实例 ,简要分析在青藏高原多年冻土区修建的铁路路堤易遇到的变形问题 ,重点探讨路堤变形的监测方法。