青藏公路工程条件下多年冻土的变化

为研究工程条件下多年冻土的变化,该文通过青藏公路唐北地区路基温度场的监测资料,对工程条件下多年冻土的上限、冻融过程以及热状态等变化情况进行了分析.研究结果表明,由于沥青路面强烈的吸热作用和较弱的蒸发能力,使工程条件下高温冻土的融化速率、增温速率均大于天然地面,并已出现了融化夹层,对路基稳定性产生了严重影响.     

多年冻土地区的公路路基温度场研究

以青藏公路为研究对象,采用数值计算方法模拟其多年冻土区路基温度场,对冻土路基温度场的影响因素及其分布进行了分析。最终得出以下结果,路基温度场数值模拟表明,自然上限在第一年为1. 81 m,相对于低路基而言,此时高路基形成冻结核,路基内形成融化楹,随后开始冻结天然地表,边坡和路面的地温高于天然地表,会出现滞后现象。人为上限受边坡影响较小,在寒区道路工程中,边坡坡度不是影响路基热稳定性的主要因素。当修筑完成保温护道后,将会进一步增强天然地表受热面,如果天然地表的温度低于保温护道表面年均温度时,就会增大年平均地温差值。在深度相同时,阳坡土体温度大于阴坡,在路基横断面,冻结线为倾斜的非对称分布。     

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。     

青藏公路路基下融化夹层的变化及对路基沉降的影响

为了研究青藏公路高温冻土区普通路基下部融化夹层的变化特征及其对路基沉降变形的影响,选取监测断面对路基地温与变形进行现场监测。结果表明:路基下最大融化深度出现在当年的10月份至次年的1月份,人为上限呈逐年加深的趋势。路基下最大冻深出现在当年的4—6月份,除右路肩外,左路肩和路中最大冻深呈波动中略有加深的趋势。路基下融化夹层厚度呈逐年加大的趋势,融化夹层厚度的增加主要是由人为上限的加深引起的。路基浅层温度的升高是融化夹层发育及下部多年冻土升温的主要原因。当融化夹层下部为高含冰量冻土时,融化夹层与路基沉降变形密切相关,路基易产生较大的沉降变形。当融化夹层下部为低含冰量冻土时,路基沉降变形较小。     

高纬度多年冻土区路基工后温度变化规律研究

为掌握大兴安岭多年冻土地区路基工后温度变化规律,选取中俄原油管道漠大线林区伴行路典型多年冻土区路基断面,采用DS18B20温度传感器对建成通车后的路基进行为期两年的温度监测,分析研究路基温度变化、冻土年平均地温、冻土上限变化和冻土温度阴阳坡差异。结果表明:路基范围内各测温点不同深度温度随着气温发生年周期性变化,路基浅层温度变化频繁,随着深度增加,路基内温度变化幅度逐渐减小;不同深度土层最低值或最高值温度出现的时间并不一致,下部土层最低值或最高值温度出现时间明显滞后于上部土层;路基冻结时间自11月份开始,至次年的4月中旬随着大气温度的上升开始融化,冻结时间持续5个月左右;多年冻土为热极不稳定冻土类型,且在上覆路基的影响下,多年冻土产生了严重的退化现象,路基下多年冻土的年平均温度升高;在阴阳坡效应的影响下,大气温度对阳坡面路基下地温深度的影响大于阴坡面,阳坡面路基下多年冻土的年平均地温大于阴坡面,阴坡面路基下多年冻土融化时间比阳坡面的少30 d左右。研究结果旨在更有利于我国大兴安岭地区多年冻土路基稳定性问题的进一步研究,为该地区道路工程建设和维护提供参考资料。     

高温不稳定多年冻土区片块石路基热状态变化分析

基于高温不稳定多年冻土区长期温度数据,针对片块石路基温度变化、热收支、冻融循环特征进行了分析。结果表明,片块石层作为主动冷却措施的一种,增加了冷热空气的交换,减少了进入路堤的热量,有效地减少了热扰动对路基下路多年冻土热稳定性的不利影响,但观测期间路基中心下的最大融化深度有逐渐增大趋势,且热量在路基阳坡热收支远大于阴坡,右路肩热收支是左路肩的2. 73倍,右坡脚热收支是左坡脚的2. 29倍,这种热量差异引起路基阳坡下伏多年冻土升温大于阴坡,导致阳坡冻土上限发展速率明显大于阴坡。     

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。     

东北岛状多年冻土分布特点及其公路路基设计对策

以东北岛状多年冻土的冻土温度高、受地表植被及土质岩性和地表水影响大、分布面积小、冻土厚度薄等特征为依据,结合对已有的多年冻土区公路建设的成果提炼后再创新,按预先融化冻土、控制冻土融化速率和保护冻土的路基设计原则,分别提出了冻土厚度小于2 m、大于2 m的路基设计技术方案,对东北岛状多年冻土区的公路路基设计具有重要指导意义.     

青藏公路沥青路面下季节活动层的变化特征

青藏公路沥青路面下季节活动层的变化，既与天然地表有相似之处，也有差异之处。相同条件下，天然地表下季节活动层变化比较稳定，而沥青路面下季节活动层的变化一直处于不稳定状态，人为多年冻土上限不断下移，同时在季节活动层中出现融化夹层，这种特殊的变化过程与沥青路面修筑直接有关。通过热量分析，认为人为多年冻土上断下移和融化夹层的出现，归因于热量各界和冬季气候较暖，它阻碍了季节活动层冻结前缘下移，促进了多年冻土     

青藏公路多年冻土区片、块石路基试验工程及应用研究

多年冻土区修筑公路等建筑物后,改变了多年冻土地表的冻土水热条件,造成多年冻土融化,路基失稳,导致一系列的公路病害.片、块石利用多孔介质自然对流传热和热屏蔽特性,有利于保护冻土,保持路基稳定性.在研究片、块石路基作用机理的基础上,根据青藏公路K3005 500～K3006 450路段修筑试验工程,分析片、块石路基的工程效果.通过对观测地温数据的分析认为,片、块石路基有效改善了多年冻土区路基下热状况,是一种有效保护多年冻土的工程措施.     

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。     

多年冻土路基人为上限形态特征研究

该文以青藏铁路多年冻土路基为依托,通过现场测温和地质雷达探测等手段,分析了多年冻土区各种典型路基的人为上限形态特点,提出了青藏铁路多年冻土区各种典型路基人为上限形态分类。研究发现:青藏铁路路基受路基填高、结构形式、走向坡向等因素的共同影响,主要形成3种形态的路基人为上限:A型、B型和C型。A型人为上限面升入堤身形成对路基基底稳定有利的冻土核;B型人为上限面升高至基底原天然地面附近;C型人为上限比天然上限有所上升,但未上升至基底地表附近,仍在原天然地层季节活动层范围内。     

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。     

无动力热棒冷却冻土路基研究

基于热棒工作原理及已有的研究成果,依托青藏公路整治改建工程实施大规模热棒试验工程。介绍青藏公路多年冻土区公路路基热棒试验情况,通过现场设置观测装置观测地温变化,分析研究热棒的工作状态、冷却路基效果及对冻土热稳定性的影响。1年观测结果表明,进入大气负温期后,热棒开始工作,路基及基底土体冷储量显著增加,且总增加量随冻结期增长;热棒影响范围内,距离热棒越远,冷量增长期越滞后且增幅越小,符合一般规律;路基工程中使用热棒保护冻土和改善路基热稳定性是有效的。     

多年冻土区路基温度场特征分析

文章以青藏高原多年冻土区路基实测历史数据为依据,对影响冻土路基稳定性的地温变化进行统计分析,得出一系列地温变化特征结论:温度场随深度的变化特征;路基逐月融化进程;路基人为上限的变化规律;地温场在不同深度随时间的变化规律等。以期为多年冻土区路基设计及施工提供可靠的研究依据。     

高纬度多年冻土区路基温度场规律研究

通过对漠北公路沿线各试验段不同冻土条件、路基高度和工程措施下,路基下多年冻土温度场的变化情况进行研究,分析东北高纬度多年冻土区路基变形的主要原因。分析结果表明:在高纬度多年冻土区修筑路基后,会造成多年冻土上限大幅下移,从而在路基下形成一个较为明显且厚度较大的软弱层,进而引发路基沉陷。东北多年冻土区路基施工时,地表土体可采用砂砾或块石对表层土地进行冲击碾压,在高含冰量路段可采用块石路基,以缓解因下层土体沉陷而引起的路基变形。     

青藏公路热棒路基在多年冻土地区降温效果分析

青藏公路多年冻土地区路基病害是制约青藏地区道路发展的一个重要问题。热棒是防止多年冻土路基上限下降的措施,为了研究热棒路基的降温效果,动态监测青藏高原五道梁地区百米路基试验路段的温度变化,通过与一般路基对比,分析了热棒路基在多年冻土地区的降温效应。研究发现:热棒路基能够有效地降低路基温度、保护冻土和增强路基热稳定性。     

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。     

通风管路基的调温机理

考虑通风管路基中通风管的空气对流换热特点,摈弃把通风管的影响作为边界条件处理的方法,建立多年冻土区的通风管路基的数值模型,对设置和未设置风门的通风管路基的温度特性进行数值模拟,分析2种情况下通风管路基的调温效果,为多年冻土区的路基工程的建设和安全运营提供技术支撑.研究表明:通风管路基能够明显地降低冻土地基的温度,提高冻土的人为上限;与无风门的路基相比,有风门的通风管路基降低冻土地基的温度的效果更加明显,降温作用发生得更早,冻土人为上限的提高幅度更大,路基中心和路肩下的地基温度降低更快,且温度分布较均匀,路基温度稳定所需要的时间减少.     

抛石护坡保护公路下退化性多年冻土效果现场监测研究

为了验证抛碎石护坡保护退化性多年冻土区公路下多年冻土效果,2003年在214国道建立了抛碎石护坡试验路,并建立了系统的地温监测断面.监测结果表明,抛碎石护坡可以在夏季对路基土体起到保温作用,在冬季可以降低路基土体温度;采用抛碎石护坡措施断面各孔位多年冻土地温保持稳定,多年冻土人为上限也比较稳定;采取抛碎石护坡措施以后,可以降低路基周边温度,增强路基的热稳定性,有利于保护或延缓多年冻土退化,减轻公路路基病害程度.