青藏铁路多年冻土区站场路基温度场试验研究

站场路基的宽度为单线普通路基宽度的两倍 ,结合青藏铁路试验工程观测的数据 ,分析了冻土区站场路基地温场以及多年冻土人为上限的特征 ,探讨了路基的冻结和融化过程的规律 ,阐述了多年冻土区路基的稳定性问题。     

季节冻土区保温法抑制铁路路基冻胀效果研究

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;进一步分析表明,铺设保温板后,对路堤中心下冻结深度线的提升具有显著的作用,但对坡脚附近土体冻结深度线影响甚微,应当做好路基边坡防护工作.考虑土体体积力和土体冻结相变产生的膨胀力,采用热弹塑性冻胀计算模型,得到冻土路基冻胀时的变形和应力分布.在此基础之上,对冻土路基发生最大冻胀时的变形场和应力场进行分析,结果表明:利用保温法增大热阻,推迟或预防地基土的冻结,可明显减小路基冻胀隆起变形,使路基中拉应力(拉应变)减小;铺设保温板后路基坡脚附近天然地表下季节冻结层土体仍发生较大冻胀变形,其冻结时巨大的冻结膨胀力对路堤边坡仍有一定的破坏作用.建议与换填法相结合,改善坡脚附近冻胀敏感性土的土质,减弱其冻胀性,从而减小冻胀力对路堤的破坏作用.     

川藏线季节性粗颗粒冻土抗剪强度特性试验研究

拟建川藏铁路穿越大量的高寒山区坡洪积粗颗粒土区域,目前对于这类季节性粗颗粒冻土的抗剪强度特性研究不多。通过川藏线季节性粗颗粒冻土在不同影响因素作用下进行的直剪正交试验,研究其抗剪强度参数的变化规律,其中重点讨论冻融作用、粗粒含量、温度、含水率及不同冻结状态下土体的抗剪强度变化规律。试验结果表明:经过6次冻融循环作用,粗颗粒冻土融化后的力学性质基本稳定。冻融作用对土体抗剪强度影响的变化规律与土体的最优含水率有关。当冻结温度为-15℃时,粗颗粒冻土的抗剪强度变化基本趋于稳定。在其他条件相同的情况下,冻土颗粒越粗,负温对土体的抗剪强度影响越小。在非冻结状态下,土体抗剪强度随含水率的增加而降低。在冻结状态下,随含水率的增加,土体的黏聚力增加,摩擦角减小。     

青藏铁路冻土路基合理路堤高度研究

从反映冻土路基热稳定性的路堤临界高度出发,结合青藏铁路冻土路基试验工程,对青藏高原冻土路基的合理路堤高度进行现场试验研究及数值模拟研究。现场试验结果表明:路基下冻土人为上限的变化与路堤高度呈非线性关系,路堤高度太小或太大都会造成路基下多年冻土上限的下降。数值计算结果表明:在相同年平均地温条件下,路基下冻土的人为上限随路堤高度的增大而上升,随路基运行时间的增长而下降;当路堤高度大于一定数值时,在路堤建成的第1个寒季过后,路堤内会残留融化夹层,并且融化夹层的厚度随路堤高度的增加而增大;年平均地温分别为-0.3,-0.5,-1.0,-1.5,-2.0℃条件下,路堤的下临界高度分别为6.8,4.2,1.1,0.6,0.5 m;上临界高度分别为3.4,3.4,3.9,4.1,4.4 m。路堤临界高度存在的年平均地温临界值约为-0.6℃。     

青藏铁路安多段抛片石路基温度与变形规律分析

介绍青藏铁路安多段冻土路基稳定性监测工程的监测方案、技术关键,通过对2个冻融周期内冻土融化深度、地温变化规律、冻土多年上限、冻胀板变形的分析,发现多年冻土上限上移,地温波动滞后于气温波动,上限附近地温基本不变且呈负温,有利于多年冻土的保护,说明抛片石路基起到了积极作用,为评价高原、高寒、冻土地区路基稳定性提供可靠依据;对青藏铁路的运营、维护具有重要的现实意义。     

高温冻土区填土路基的地基融化固结变形分析

针对青藏铁路高温冻土区普通填土路基的融沉变形,基于拉格朗日法描述的大变形固结理论及考虑相变作用的路基传热理论,对高温冻土区不同高度填土路基的温度场和地基融化固结变形进行计算分析,并与现场监测结果进行对比。温度场分析结果表明,高温冻土区4和6m高填土路基在短期内可使冻土上限略微抬升,但下伏多年冻土存在缓慢升温过程,其升温幅度每年约为0.02℃左右;随着气候逐渐变暖,填土路基下冻土上限在后期会逐渐下降,且填土路基高度越小则上限下降量越大,最终在路基下部形成融化盘。融化固结变形分析结果表明,填土路基沉降变形表现出季节性,即暖季沉降变形发展迅速,冷季发展缓慢,发展趋势与现场监测结果吻合良好;在给定的地质条件下,2,4和6m高填土路基在竣工50年后其沉降变形量分别为255.2,470.4和689.7mm,即沉降变形量与其高度呈正比,且高填土路基沉降变形的季节性更显著;填土路基高度和多年冻土的含冰量是影响填土路基沉降变形的主要因素。     

青藏铁路多年冻土区路基结构的动力分析

研究目的:本文对青藏铁路冻土路基在列车荷载下的结构动力进行了分析研究,为多年冻土区路基工程设计和铁路运营安全分析提供了依据。研究方法:以青藏铁路清水河多年冻土区试验段路基结构为工程背景,利用列车——轨道二维动力模型得到的道床底部列车荷载激励曲线,对冻土路基结构进行有限元时程反应分析,探讨冻融状态下路基的列车振动荷载效应。研究结论:无论是暖季融化还是寒季冻结状态,列车振动荷载产生的土体压应力都大大高于静荷载,车速对土体动应力反应有明显影响;冻结状态下,路基中下部土体的动力反应较大,而暖季融化时路基顶部土体对动应力有较显著的放大作用,因此,在工程设计和运营养护时应有针对性地对结构进行加强。     

冻土斜坡路基温度水分分布特性分析

为研究冻土斜坡路基温度与水分分布规律,基于不饱和土Richards方程推导出冻土水分与温度变化的耦合关系式,建立水热耦合模型。应用有限差分原理进行离散化,编制计算程序模拟冻土斜坡路基室内模型试验。通过模拟结果与试验值的对比,验证了应用模型计算程序的可靠性。对青藏铁路风火山K1139试验段斜坡路基的温度水分分布变化进行模拟分析。结果表明:相对于同一海拔高度的路基中心线上点及右坡脚点,斜坡路基的左坡脚点温度和含水量均较高。冻土斜坡路基的融化界面与水分富集层均沿斜坡发展,与斜坡坡向相同,影响斜坡路基稳定性。     

多年冻土区路基的结构设计分析

研究目的:本文从分析冻土区路基表层的冻胀特征和底层的融沉特征入手,提出路基结构设计中冻土区路基表层的防冻胀措施以及低含冰量冻土和高含冰量冻土路基的防热融措施。研究结论:认为按地质和地温条件处理冻土,保持多年冻土上限不下降后,路基结构按“封闭系统”冻结条件进行设计,表层冻融层内用不冻胀的粗粒料填筑,其它部分按常规路基设计,即可满足多年冻土区路基结构功能的要求。     

多年冻土区拼装式涵洞地基回冻与变形试验研究

通过对青藏铁路清水河地区拼装式涵洞地基温度和沉降的观测，研究多年冻土区拼装式涵洞现浇混凝土基础对冻土的热扰动影响、地基的回冻规律和冻土人为上限的变化特征，分析涵洞结构随地基冻胀、融沉产生的变形。经过2个冻融周期的现场测试和研究表明：青藏高原清水河细颗粒高温多年冻土区涵洞基础施工的时间若选在10月下旬，明挖基坑及现浇基础混凝土对基底以下多年冻土的影响深度为1．1～1．3m，施工扰动、融化后的冻土地基回冻时间为45～50d，涵洞基础施工2年后多年冻土地基人为上限上升了1．0m左右，冻土上限沿涵洞中轴线在其中部上升大，两端上升较小，这说明涵洞路基和涵洞具有保温隔热的作用；涵洞建成1年后地基沉降大部分已发生，且2年中涵洞地基的不均匀沉降基本稳定。     

多年冻土区风积沙与块石混合层对降雨的水热响应分析

结合青藏铁路风积沙填堵块石路基特征,利用降雨观测数据,采用数值模拟计算分析降雨条件下风积沙与块石混合层的水热响应特征。结果表明:在年平均气温较高区域,降雨能够抬升冻土上限和降低冻土温度。风沙填堵块石层后,总等效体积含水量在浅表层降低,在冻土上限附近即深度-3.0～-2.0 m处呈增加趋势。同时夏季液态水体积含量和冬季体积含冰量增大,风积沙块石层下部冻土存在水分累积。天然土层下部水分含量变化小,受降雨影响不大。风沙填堵块石层后其下部土层的水分累积,会引起冷暖季节的冻胀融沉,应加强防排水设计措施,防止因路基坡脚积水造成侧向入渗。     

多年冻土地区铁路路基水热过程研究

为研究寒区铁路路基水热动态过程,以北麓河地区路基试验段道砟覆盖路面、无道砟路面(砂砾路面)和天然场地的水分、温度、热通量和降水等数据为基础,分析铁路路基活动层水热宏观迁移规律、活动层水分累积情况及降水对路基热状况的影响。结果表明:路基活动层各深度地温随时间呈正弦规律变化,道砟层能够有效减少外部热量进入路基,道砟路面年平均地温和年较差明显低于砂砾路面;融化期间路基液态水和降水向下运移,冻结过程中水分向冻结锋面运移;夏季强降雨和持续降雨对浅层路基(高度75cm)短期水热有明显影响,但路基长期水热受降雨影响不明显,也未出现明显水分累积;降雨入渗、地表蒸发伴随的液态水和水汽运移对铁路路基表层水热影响不可忽略。     

穿越季节性冻土区高速公路路基处治方案及其稳定性分析

在多年冻土区修建道路,将会引起工程附近局部地温的改变,从而使季节性冻层上限发生变化,路基土中水分转移或汇积,引起路基的变形。依托同三公路佳木斯至方正段改扩建工程穿越季节性冻土区高速公路路基的施工,对该工程冻融路基试验段路基断面形式,路基软基稳定性和施工技术等进行了系统分析,提出了该工程冻融路基段处治方案;一年多的路基沉降观测表明,经过建议方案处理后,在冻胀期和融陷期试验路基并没有发生明显的地基表面隆起和沉降突然增大的现象,观测值与理论计算值基本吻合,路基稳定性和地基沉降量都符合规范要求,因此,该处理方法是合理的,有效的。     

多年冻土区路基填筑短期内冻土温度场数值分析

采用有限元软件COMSOL建立冻土水热耦合计算模型,进行路基填筑短期内冻土温度场的变化规律研究,并提出路基覆盖范围冻结锋面下凹扭曲的计算方法.结果表明:路基填筑热效应使得路基中心下方冻结锋面发生下凹扭曲,在水分汇入充足情况下会引发水热侵蚀,产生路基热融沉降、路基开裂等病害;7月填筑会最大程度阻碍土体热量向大气中输出,路...     

俄罗斯莫斯科-喀山高铁路基地温场规律分析

针对莫斯科-喀山高铁路基典型断面,基于非稳态相变温度场数学模型,考虑气候变暖的影响,结合沿线的气候条件,对路基地温进行数值模拟计算,分析路基10 a内地温分布及变化规律。分析结果表明:路基高度越高,施工期蓄热耗散过程越长。路基深度越深,地温周期性变化幅值越小。路基横向地温存在差异,路肩位置最大冻深普遍大于线路中心处,其差值最大可达1.1 m。路基最大冻深基本在2.0~3.5 m深度范围内。路基融化过程为双向融化,开始双向融化时刻约在4月初,融化期路基顶部、路肩及坡脚位置附近存在冻土核现象,由此提出设计和施工运营过程中,需密切关注路基冻深范围内冻土的土体性质变化以及横向地温差异可能导致的横向变形。     

季节性冻土区路基基床粗颗粒土填料冻胀特性研究

季节性冻土区高速铁路路基冻胀病害日渐突出,路基冻胀对施工的影响也不容忽视,研究路基基床填料的冻胀特性对路基冻胀防治具有实际意义。选取东北某客运专线路基基床底层A、B组填料作为试验土样,通过不同含水率、不同细粒含量、不同冻结温度条件下的冻胀试验,研究各参数对冻胀率的影响。试验结果表明:该填料冻胀率随着含水率的增加而增大,细粒含量15%的粗颗粒土仍会发生冻胀;该填料冻胀率随着细粒含量的增加而增大;填料冻结温度直接影响该填料的冻结过程,进而对其冻胀率产生影响。     

寒区高速铁路路基冻胀数值模型及防冻胀措施

寒区高速铁路路基的冻胀融沉直接影响列车的高速、安全和平稳运行。基于非饱和土渗流和热传导理论,将冻土水分场和温度场耦合,建立冻土的水热耦合微分方程;基于土体冻胀为各向同性的体积膨胀并且与材料的热膨胀现象相似,建立路基的冻胀模型;由水热耦合微分方程计算含冰量,再通过水动力冻胀模型计算路基的冻胀变形。数值计算与实测的路基冻胀变形规律基本吻合,均在路基达到最大冻结深度且冻结层开始双向融化时产生冻胀峰值,验证了数值模型的有效性;运用建立的数值模型分别计算保温板路基、保温板+沥青混凝土路基和保温板+沥青混凝土路面+碎石路基在最强冻胀效应时刻的冻胀变形,保温板+沥青混凝土路面+碎石路基的冻胀变形最小(最大值为1.3mm),保温板路基的冻胀变形最大(最大值为3.2mm)。建议在寒区高速铁路采用保温板+沥青混凝土路面+碎石路基的结构以尽量减小路基的冻胀变形。     

季节性冻土区高速铁路新型防冻胀路基力学特性研究

着眼于季节性冻土区高铁路基防冻胀填料改良及路基保温措施,提出纤维泡沫混凝土作为基床表层填料或保温强化层材料的防冻胀路基结构形式。对纤维泡沫混凝土进行物理力学特性及抗冻融耐久性试验,在此基础上采用有限元仿真分析级配碎石基床、纤维泡沫混凝土基床、保温强化层基床3种路基结构的层间剪切应力、竖向应力、竖向位移等力学参数。结果表明:纤维泡沫混凝土具有良好的保温特性及冻融耐久性,其作为基床表层填料与级配碎石相比,路基结构力学参数均得到改善;其作为保温强化层材料可有效降低级配碎石基床表层剪切应力的最大值,提高路基结构整体稳定性。在一定程度上证明了纤维泡沫混凝土作为季节性冻土区高铁路基防冻胀材料的可行性。     

青藏铁路安多段多年冻土斜坡路基地温特征分析与预测

通过对青藏铁路安多段多年冻土斜坡路基试验点地温的监测,分析2003年12月~2006年10月3个冻融周期内的地温变化特征,指出由于路基的坡向不对称与几何形态的不对称所导致的斜坡路基温度场呈强烈的不对称。从3年人为上限的变化看出,路基已基本进入热平衡状态;用有限元模拟路基修筑后2年的人为上限变化,与实测对比,验证了模型建立的合理性,并通过计算预测未来30年的温度场,得出多年冻土有向季节性冻土退化的趋势。     

青藏铁路安多段多年冻土斜坡路基

通过对青藏铁路安多段多年冻土斜坡路基试验点地温的监测,分析2003年12月～2006年10月3个冻融周期内的地温变化特征,指出由于路基的坡向不对称与几何形态的不对称所导致的斜坡路基温度场呈强烈的不对称.从3年人为上限的变化看出,路基已基本进入热平衡状态;用有限元模拟路基修筑后2年的人为上限变化,与实测对比,验证了模型建立的合理性,并通过计算预测未来30年的温度场,得出多年冻土有向季节性冻土退化的趋势.