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。     

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XPS保温板路基传热特征研究

为研究宽幅XPS保温板路基地温调控效果，对共和至玉树高速公路21.5 m幅宽的XPS保温板路基和幅宽13.5 m热棒-XPS保温板复合路基试验路的冻土地温进行了长期系统的监测。结果表明:宽幅XPS保温板路基冻土上限年下降速率、冻土上限位置升温速率和吸热量分别为宽幅普通路基的76%，62%，55%，然而宽幅XPS保温板路基下伏多年冻土仍以较快的速率发生退化，上限下降速率达到0.5 m/a；铺设黑色路面后，宽幅XPS保温板路基和宽幅普通路基吸热量均增大约1倍；和单一的XPS保温板隔热措施相比，热棒-XPS保温板复合路基对路面下2～5 m范围内土层地温产生调控效果，可有效改善采用单一XPS保温板工程措施的被动吸热状态，提高冻土路基热稳定性。     

冻土路基热收支状态尺度效应的显著性分析

基于最大融化深度、基底总吸热量、冻土融化潜热和热融蚀敏感系数四个指标，从高度效应、宽度效应、坡度效应和冻土年平均地温方面综合阐述了冻土路基热收支的尺度效应。同时基于统计学原理，对影响冻土路基热收支尺度效应的因素进行显著性分析，探究多因素交互作用的效应性。结果表明：路基高度对最大融化深度的影响最大，冻土年平均地温对基底总吸热量的影响最大，路基宽度和冻土年平均地温对冻土融化潜热量的影响最大，路基高度和路基宽度对冻土融化潜热量的影响最大。研究冻土路基热收支尺度效应，应综合考虑多因素之间的交互作用。     

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。     

多年冻土地区空心块通风路基应用效果及数值模拟

以空心块通风路基为研究对象,分析比较了空心块通风路基试验路与普通填土路基的热流密度、冻土地温以及冻土上限的变化过程,建立基于显热容法的有限元计算模型,对空心块通风路基长期调控效果进行预测,并与普通填土路基温度场进行对比分析.结果表明:空心块通风路基年平均热流密度为0.11 W·m-2,表现为放热状态,普通路基年平均热流密度为-0.91 W· m-2,表现为吸热状态;空心块通风路基在冷季时的散热量大于暖季时的吸热量,路面下3.0～3.5 m处年热量收支为1 414 kJ·m-2,在观测期内冻土上限提升了2.5m,降温效果明显;长期降温计算结果显示空心块通风路基能增加多年冻土层蓄冷量,增强路基下伏多年冻土层的热稳定性.     

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.     

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。     

多年冻土区片块石路基尺度效应的数值研究

为了分析片块石路基的尺度效应问题，通过数值手段，计算相同条件下窄幅和宽幅路基的片块石层对流强度和冻土地温。研究结果表明:相比于窄幅路基，宽幅片块石路基的最大对流风速降低了34%，冻土上限下降了1.08 m，冻土年平均地温升高了0.90℃。因此，对片块石路基的尺度效应问题不容忽视，表现在工程应用上，不能简单地将片块石路基直接应用于多年冻土区高速公路宽幅路基，应采取结构优化设计，或与其他结构组成复合路基结构。     

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。