青藏铁路多年冻土地区热管路基三维数值分析

考虑多年冻土中水的相变,采用有限元进行热管保护多年冻土路基效果的三维数值分析。分析结果表明,热管能大幅度降低路基土体的温度,提升路基冻土上限,增大路基抵抗外界温度变化的能力,保证路基的长期稳定。考虑路基工程所在冻土区段气候和冻土条件,研究热管的有效影响范围,得出结论:热管的有效冷却半径为1 7m左右;在年平均气温为-5 2℃,冻土年平均地温为-1 0℃以上的高温冻土区,热管埋设间距宜取2 8～3 3m,可抬升路基冻土上限0 6～0 8m;在年平均气温为-6 3℃,冻土年平均地温低于-2 0℃的低温冻土区,热管埋设间距可加大到3 3～3 8m,路基冻土上限可抬升0 8～1 2m。     

干寒地区路基长期稳定性及工程措施效果研究

研究目的:由于目前对干寒地区路基长期稳定性研究还不能完全满足工程实际的需要,为此本文对干寒地区已修建的各种低路堤路基结构的短期及中长期可靠性和冻土环境的稳定性作出预测,进而对运营期间的路基维护和可能发生病害的治理提供理论支撑。研究结论:(1)为保证路基的长期稳定性,需要主动采取措施保护冻土,热管就是其中一种较好的措施;(2)在对冻土进行保护的过程中,热管的降温作用明显,热管路基可以抵消气候变暖对路基造成的不良影响;(3)路基本身对冻土的保温作用也很显著,路基越高对冻土的保温效果越好,路基越低对冻土的保温效果越差;(4)当路基高度低于某个极限时,不但不能对冻土起到保温作用,反而会使路基下冻土温度升高;(5)该研究成果可为我国在干寒地区修建各种路基结构的设计提供参考依据。     

多年冻土区路基热管合理倾斜角度的数值分析

热管路基是青藏铁路最为广泛使用的主动保护多年冻土的措施之一。针对应用于青藏铁路多年冻土工程中的热管类型,考虑路基土体中水的相变问题,建立热管—土体—大气系统的物理和数学模型,采用Carlekin方法求解,推导出考虑全球气温升高的冻土中热管热流密度随时间的变化规律。采用有限单元数值分析方法,利用青藏铁路清水河的气象和地质资料,在热管倾斜角度分别为0,°10,°20,°30,°45,°60°时,研究热管对多年冻土路基的冷却效果及提高路基整体稳定性的作用。研究表明,热管在坡脚埋设的倾斜角度为25°~30°时,对于路基中心、路肩及坡脚下多年冻土上限的抬升效果最佳,有利于保证路基的长期稳定性。     

利用热管-保温板复合结构提高冻土区路基稳定性研究

热管-保温板复合路基是青藏铁路应用广泛的一种新型路基结构形式。通过数学模型分析,推导出用于青藏铁路冻土路基热管的热流表达式,并用热焓法考虑冻土相变问题对该路基结构形式及无保温板情况施工后20年的路基温度场进行数值模拟。通过数值模拟可知：保温板能够有效地阻止热量由路基面向下传入地基中,使0℃等温线始终在保温板底层;复合路基多年冻土上限的位置要比无保温板时的高;该结构形式对路基中心、路肩和坡脚下的多年冻土上限抬升的综合效果更好;考虑施工条件后,复合路基在保温板铺设距离天然地面之上0.3~0.6 m对于路基稳定性最为有利;该路基结构形式为青藏铁路多年冻土区路基的理想结构形式,有利于克服全球变暖的影响。     

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。     

青藏铁路高含冰量冻土地段路基设计

针对青藏铁路多年冻土分布特征及路基工程的特殊性问题,详细论述了高含冰量冻土地段路基设计原则,各种不同综合地质条件下采取的工程结构、处理措施。实践证明,青藏铁路多年冻土地区路基工程沉降变形稳定可控,多年冻土路基片石气冷、碎石护坡、热管、排水、以桥代路等多年冻土路基工程成套工程技术措施安全可靠。     

青藏铁路多年冻土区桥头路基变形原因及对策研究

桥头路基的变形问题是普遍存在的影响冻土区道路工程稳定的技术难题,结合青藏铁路多年冻土区桥头路基的变形问题,采用资料调研、现场调查、理论分析和总结等研究手段,对运营后多年冻土区桥头路基变形的特征及沉降原因进行分析研究,提出了通过改善地基多年冻土环境和优化桥头路基防排水系统等措施对桥头路基病害进行治理的方法。     

青藏铁路多年冻土路堤施工技术分析研究

研究目的:通过分析研究片石通风路基、热棒路基、通风管路基施工技术的工作原理、施工工艺和方法、主要质量保证措施和实际应用效果,总结青藏铁路多年冻土路堤施工技术,为高原多年冻土路堤施工提供技术支持.研究结论:根据分析确定不同冻土施工技术的适用范围,灵活选择冻土施工技术.路基面过宽、暖季过长的冻土地段不宜选择热棒路基;通风管路基与风向密切相关,目前我们很难把握风向,建议少采用通风管路基;片石通风路基要注意选好石材,防止地表水进入路堤;在高路堤地段,建议采用以桥代路方式通过.     

青藏铁路冻土工程有关问题的探讨

冻土是一种特殊的土体，有着不同于普通土的许多特点。多年冻土的季节融化层每年都要发生季节性的冻融过程，并伴随着发生各种不良冻土地质现象，产生一系列的工程问题。融沉、冻胀和不良冻土地质是多年冻土区筑路工程最主要的问题。对青藏线多年冻土区各类路基工程措施进行了讨论和介绍，并强调全球范围内气温升高将改变青藏高原多年冻土的环境。为了应对高温冻土和全球变暖的严峻挑战，必须改变以往沿用的消极被动保护冻土的方法，而采用积极主动保护冻土的工程措施，即冷却地基的方法，应研究开发新的地温调控原理和技术，采用新的路基结构形式，以确保路基工程的长期稳定。     

热棒技术在青藏铁路多年冻土地段路基中的应用

为了解决青藏铁路多年冻土地段路基的热融冻胀问题,确保多年冻土地段路基的稳定,部分冻土地段路基应用了热棒技术。文章介绍热棒的工作原理、施工方法及施工后路基沉降的观测,实践证明采用热棒技术对多年冻土路基的地基稳定有较好的效果。