考虑相变作用的冻土路基变形场的数值分析

多年冻土活动层中每年都发生着季节的融化和冻结,并伴生有各种冻土现象。由此产生了多年冻土路基冻胀、融沉、纵向裂缝、反拱及波浪等一系列病害。冻土的冻胀融沉特性是导致道路工程冻害的直接原因,为了进一步定量描述其特性,本文建立了冻土路基变形场的二维数值计算模型,并应用有限元的方法求解路基土体冻结时变形场的分布规律。通过对土基范围内冻胀带对路基土体变形场作用的研究,进一步分析了冻土路基破坏的机理。     

多年冻土地区路基不均匀融沉变形计算分析

针对多年冻土地区普遍存在的路基不均匀融沉变形现象,根据弹塑性固结理论,采用有限元方法对路基融沉变形进行计算分析,探讨了边界排水条件对路堤融沉变形以及路基表面水平位移的影响,并分析了地基融深和路堤高度对沉降的影响。研究结果表明,路基沉降随融深的增加而增加,排水状态的路基融沉变形比不排水的融沉变形大;路基融沉变形随路堤高度的增加而增加,路基是否排水对路基融沉变形和路基水平位移有显著影响。计算结果与实测值比较,所建立模型的理论计算值与实际观测结果基本一致,回归结果得出多年冻土地区路基融沉变形规律。     

多年冻土地区路基变形特征及影响因素

青藏公路沥青混凝土路面修建后,增大了路基下多年冻土的吸热量,导致了多年冻土融化。多年冻土融沉变形在冻土路基变形中占主导地位,其发生、发展与冻土温度及工程地质特性等有关。通过青藏公路唐南地区路基变形监测数据,分析了路基变形的特征及多年冻土融沉变形的影响因素。     

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。     

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。     

青藏公路多年冻土路基病害

根据青藏公路30年观测调查资料，分析不同时间段多年冻土地区公路路基病害的主要类型与特征。通过典型路段路基病害揭示，在全球气候趋暖的环境背景下，路基下多年冻土升温，冻土上限下降，冻土退化融化，由此导致的路基病害仍在发生、发展，路基病害以融沉为主，路基变形极不均匀。长期实践证明，传统的靠提高路堤保护冻土来保证路基稳定的方法有很大的局限性，应探索主动冷却路基的防治措施。     

基于支持向量机的多年冻土路基融沉变形预测

多年冻土路基热稳定性差,工后沉降量大,路基病害较为严重。如果能够准确预测该类路基的工后融沉值,就可为工程建设提供重要的参考依据,从而提高该类路基的路用性能。为此,在对现有预测模型应用效果分析的基础上,首次将支持向量机应用于多年冻土路基融沉变形的预测中,提出了一种有效可行的新型预测方法,并以实际工程为依托,构建了基于支持向量机原理的多年冻土路基融沉变形预测模型。通过与实测值及其它预测模型的对比分析表明：该模型在预测过程中有效的避免了“过拟合”及“维数灾难”,人为干预较少,具有预测精度高,泛化能力强,预测结果稳定的特点,成功的解决了多年冻土路基影响因素多,样本数量少等带来的预测难题。     

基于模糊层次分析法的多年冻土路基冻融沉陷评价

多年冻土路基冻融沉陷(以下简称融沉)已成为青藏公路的主要病害,针对冻土路基融沉产生的原因,本文总结分析了三类致灾因子对青藏公路路基融沉的影响,提出单因素致灾因子等级评价标准及融沉危险度等级划分标准,基于层次分析法和模糊综合评价法对多年冻土路基融沉进行评价。以青藏公路K3020~K3030段为例,采用层次分析法建立多年冻土路基融沉评价模型,确定各致灾因子的权重系数,并结合模糊综合评价法求得融沉危险系数,进而确定该路段融沉危险等级。结果表明:该路段融沉危险度等级为二级,与实际道路情况基本吻合,因此基于模糊层次分析法的评价模型结果可靠,具有一定的实用性。     

高纬度多年冻土区漠北公路路基变形特征分析

通过漠北公路沿线各试验段不同冻土条件和工程措施下各层土体沉降变形状况,分析东北高纬度岛状多年冻土区路基沉降变形主要发生土层部位及其破坏原因。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,变形主要由原天然地面下季节活动层的沉降压缩变形等引起,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。     

冻土地区路基融沉变形对沥青路面结构的影响

采用有限元方法建立了路基发生融沉变形时沥青路面结构的轴对称计算模型,将融沉变形分别简化为二次曲线和余弦曲线,分析了融沉变形对最大拉应力点位的影响,重点讨论了融沉盆形状、半径、融沉深度等因素对沥青路面结构面层和基层最大拉应力的影响。结果表明:路基的不均匀融沉变形在路面结构面层顶面产生拉应力,成为面层破坏的主要原因;在基层底面产生较大的附加应力,将会造成基层开裂,因此在多年冻土地区的路面设计中应考虑附加应力的影响。     

沥青路面下冻土热稳定性和热融敏感性的变化

多年冻土区修筑沥青路面后，引起了路基下多年冻土上限、多年冻土热状态等变化。本文根据提出的多年冻土热稳定性和热融敏感性模型，定量地评价多年冻土区修筑沥青路面后冻土热稳定性和热融敏感性的变化。结果显示，修筑路基并铺设沥青路面后，冻土热稳定性和热融敏感性发生了较大的变化，并与多年冻土顶板温度、年平均地温、季节融化深度等具有良好的一致性。     

多年冻土区路基高度对温度场影响的非线性分析

采用焓模型,综合考虑了气温、太阳辐射、风速风向、坡面蒸发等气象因素,对不同气温地区多种高度路基温度场进行有限元数值模拟,并采用天然地面下冻土年最大融深及路基内融土核高度两个指标综合分析路基稳定状况。有限元分析表明:在中低温多年冻土地区,抬高路基可延缓冻土下降速率,有效保护多年冻土;在高温不稳定多年冻土地区,抬高路基的效果并不显著,过度地抬高路堤会使路基内融土核高度显著增加,路基本体的稳定性将受到严重影响。本文还提出路基高度与冻土年最大融深之间的回归公式,为路基病害预测提供依据。     

冻土路基变形场光纤阵列监测体系研究

为适应青藏高原多年冻土区恶劣环境,应对高原多年冻土区路基融沉变形局部变位大、纵向形态变化急剧、分布范围广等问题,有必要研发一套高精度、高韧性、适应大变形并具有自动化功能的高等级公路病害监测体系.该文以布拉格光栅光纤传感监测技术为基础,提出光栅光纤位移阵列传感器设计方法,基于克里金空间插值理论,选取最小估计均方差、平均预测精确度作为变形场预测的评估因子,结合监测成本估算开展光纤阵列优化布置分析,提出基于空间插值优化的冻土路基变形场自动化监测系统.研究结果表明:光栅光纤位移阵列传感器优化设计参数为横向间距2m、纵向间距4～6 m,结合克里金空间插值理论,可实现由点及线、由线及面的冻土路基浅层、深层区域变形精准监测和预估;设计的光栅光纤位移阵列传感器具有测量精度高、可变大量程、稳定耐用等优点,易于搭建可扩充、可复制的长期组网监测体系,对实现冻土路基区域性大变形的自动化监测和不均匀沉降灾害的云端化识别具有借鉴意义.     

青藏铁路多年冻土区路基排水沟病害防治分析

通过现场调查,青藏铁路多年冻土区路基排水沟的破坏主要表现为渠道混凝土板的酥化、破裂及渠内渗水和积水。而造成排水沟病害的主要原因为气候条件及施工质量、土体往复的不均匀冻胀融沉、冻结层上水。青藏铁路多年冻土区路基排水沟的病害防治措施应从控制土体冻胀、融沉和采用可适应土体不均匀变形的渠道结构两方面考虑。     

高原冻土区既有公路病害特征和融沉变形分析

基于G214既有公路现场调查和实体监测,对公路沿线冻土特征与道路病害之间的关系等进行了深入分析。采用现场调查的方法对沿线路面病害状况进行了调查分析,结果表明:路基路面的病害类型及病害程度主要与路面类型、冻土类型和路基高度有关。结合现场调查结果和监测资料分析,对G214沿线公路病害成因进行了深层次的探讨,并得出冻土区道路的病害主要由路基的不均匀融沉变形引起的。通过对沿线路面实测变形调查和分析,得出了在路面宽度为8.5 m的水泥混凝土路面纵裂发生的位置和路面发生纵裂时的临界沉降值,这对冻土区水泥混凝土路面病害的防治具有重要意义。     

基于冻土特征的青藏公路路基病害分析

为分析青藏高原多年冻土特征对青藏公路路基病害的影响,在对青藏高原多年冻土特征进行研究的基础上,讨论了青藏线路基病害类型与形成机理。研究得出:青藏线路基的主要变形形式为不均匀沉陷变形;地温对冻土区路基纵向裂缝的影响显著;青藏沿线路基沉陷病害的百分比随着地温的降低先增大后降低;翻浆病害的百分比随着温度的降低而减小。     

基于多年冻土条件下公路路基不稳定变形特性分析

为了对现有青藏公路路基变形采取更有效的养护措施以及为今后青藏高速公路的设计、施工提供参考,以青藏公路部分路基工程为研究对象,通过现场调查、理论资料研究对冻土路基不稳定变形进行了分析,探讨了冻土路基不稳定变形的主要成因及影响因素.结果表明,冻土的冻胀与融沉是冻土路基产生不稳定变形的主要成因,冻土本身的复杂性质及青藏高原气...     

文摘·简讯

青藏铁路冻土区路基趋于稳定通过青藏铁路冻土区段沿线建有的铁路冻土区工程长期观测系统,监测人员对接收的数据进行分析表明,全线开通近一年来,在热棒、碎石护坡、通风管等多种技术防护措施集中使用的地段,冻土路基下沉、开裂等病害发生较少,冻土区路基正逐步趋于稳定,达到了理想效果。据了解,为解决冻土路基热融沉降、变形开裂的问题,青藏铁路采取了热棒、碎石护坡、通风管等多种技术防护措施,人为地保护冻土,以降低冻土路基土体温度、抬升路基本体冻土上限。青藏铁路冻土区路基个别地方虽出现过裂缝、沉降、冻胀等现象,但变形量很小,年沉…     

多年冻土地区沥青混凝土路面材料对结构附加应力的影响

多年冻土地区路面结构出现大量早期损坏,究其原因,与多年冻土地区独特的工程特点有直接关系。多年冻土地区路基的融沉变形使沥青混凝土路面结构层产生附加应力,其与荷载应力的综合作用,直接导致路面结构的破坏。采用有限元法,并将融沉变形简化为二次曲线,建立沥青混凝土路面结构的横向计算模型。计算分析了路面材料与基层底面附加应力的变化关系,并得出附加应力的主要影响参数,为多年冻土地区路面的结构设计提供依据。     

多年冻土地区路基冻胀变形分析

首先模拟气候因素变化过程,得到不同时期冻土路基温度场分布,温度场随时间的变化可以反映出冻结相变区的变化,然后考虑土体体积力和土体冻结相变产生的冻胀力,采用考虑拉破坏的热弹性力学方法,分析得到多年冻土地区路基变形分布和演变规律;在此基础上,对冻土路基纵向裂缝的成因进行研究,揭示出冻土路基纵向裂缝主要出现于路面中部及路面靠近路肩部位,这与实际情况是相符合的。进一步的分析表明:采用低冻胀性的土填筑路基,如采用碎石土填筑,对于降低冻土路基冻胀变形及防治纵向裂缝病害是有效的。