卫星遥测高原冻土路基沉降变形研究初探

研究目的:高原冻土的不稳定性使进行冻土区路基变形监测分析极其重要,但受限于高原严酷自然环境条件,当前利用地面现场测量来分析多年冻土路基变形的方法,开展工作极为困难。卫星雷达差分干涉(D-InSAR)技术是近年来出现的无需地面现场测量作业,能够获得大范围地表覆盖区域连续点、线、面沉降信息的一种全新地表变形监测分析方法。针对特殊困难环境下高原多年冻土区路基变形监测与分析问题,讨论利用卫星D-InSAR"空间遥测"多年冻土区路基表面沉降变形的必要性、可行性和应用研究价值及意义。研究结论:在青藏高原这种特殊困难的自然地理条件下,采用卫星D-InSAR进行多年冻土区路基变形分析,对改善劳动条件、提高监测效率、减少费用、最大限度地减少极其困难的地面人工测量工作量,能起到明显的积极作用,对于高原冻土区国家重要基础设施长期监测系统建设有重要工程现实意义;利用D-InSAR获得的独特路基地表变形信息,可实现从大范围连续点、线、面3种角度,分析高原冻土路基变形的时空特征和规律,有望从空间全局的分析角度获得冻土路基变形新发现或新知识,从而为冻土路基稳定性评价提供新的科学依据,也为更深入地研究冻土工程变形开拓新思路。     

青藏铁路多年冻土区桥头路基病害成因分析及整治措施研究

针对青藏铁路运营以来多年冻土区出现的路基病害的类型划分、形成原因及主控因素进行分析研究,提出青藏铁路多年冻土区桥头路基存在的病害问题、主要影响因素及桥头路基病害治理工程措施,并对多年冻土区路基工程热稳定性变化趋势进行预测。     

青藏铁路多年冻土区长期监测系统的研究与应用

研究目的:青藏高原多年冻土区现存的地质地貌形态是经过漫长的地质历史时期形成的,部分多年冻土区的年平均气温相对较高,冻土厚度较薄,热稳定性较差,冻土的稳定性直接关系到上部工程结构的稳定性和耐久性。研究和掌握多年冻土环境变化对工程结构稳定性影响的途径和方法,可以了解青藏铁路沿线多年冻土区气候变化情况和气候影响下的冻土发展趋势,为青藏铁路制定工程防治措施提供依据。研究结论:(1)通过对近几年的监测数据分析来看,青藏铁路长期监测系统运行良好,监测数据真实可靠,能够作为青藏铁路冻土区工程稳定性评价的依据;(2)利用长期监测系统对多年冻土路基地段进行了多年连续监测,发现了出现较大沉降变形冻土路基的环境特征以及沉降机理、据此拟定出着眼维持路基状态、改善路基系统水热条件、缓解人为上限下降、减缓路基沉降速率的工程补强措施;(3)通过长期监测系统对桥梁、涵洞断面的监测和分析,认为多年冻土区桥涵基础目前整体上是稳定的。     

影响青藏铁路多年冻土区斜坡路堤稳定的因素分析

研究目的:自青藏铁路开通运营以来,在多年冻土区已经出现了几处冻土斜坡路堤变形较大的情况.本文针对青藏铁路多年冻土区斜坡路堤的稳定性进行了研究,希望能够为青藏铁路多年冻土区斜坡路堤的维护提供帮助.研究结论:青藏铁路的修筑改变了沿线多年冻土的生存条件和路基周围的水热环境,同时气温的年际变化和多年变化也影响着路基的工程状态.论文从青藏铁路多年冻土区斜坡路堤稳定的主要影响因素(如:水、地温、冻土类型、坡向和坡度)着手进行了分析,得出各影响因素对路基的不利影响.     

青藏铁路高原冻土区路基施工技术

青藏铁路多年冻土区路基工程的稳定性,主要取决于下伏多年冻土的含冰量特征.冻土作为铁路建筑物地基材料,如何制定科学合理的施工组织设计,采取有针对性的施工工艺,解决热侵蚀导致冻土地基变形,是施工的关键所在.本文通过青藏铁路高原冻土区路基工程施工实践,对高原冻土区路基施工技术进行了总结.     

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。     

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。     

基于Copula函数的青藏铁路多年冻土区路基变形相关性分析

为解决青藏铁路多年冻土区路基两侧不规律变形问题,根据青藏高原多年冻土区全线铁路不同路基类型观测站点路基融沉的长期观测数据,利用箱线图查找异常值的原理分别对其进行异常值检验,再基于Copula理论给出了路基两侧变形相关性分析的建模步骤,确定路基两侧变形的相关性结构,并依据不同Copula族特征对其进行相关性分析,实现多年冻土区路基两侧变形的主侧方向判定。研究结果表明：（1）不同路基类型两侧高度的变形呈正相关且相关性极高,说明多年冻土区路基两侧高度变形基本满足一致性;（2）4组样本数据的最优相关结构为t-Copula,即多年冻土区路基两侧变形具有对称性且上、下尾部相关性较强的特点;（3）路基两侧的变形模式几乎均等性相依。本文研究成果可为路基进行状态监测和路基养护提供参考。     

青藏铁路路基下多年冻土演化特征及规律研究

通过对青藏铁路多年冻土区长期监测系统多年来的大量实测数据进行分析,研究了青藏铁路路基下多年冻土演化特征及规律。研究结果表明:青藏铁路沿线气温逐年升高,降水量、冻结指数和融化指数逐年增大,暖冬现象明显,地表温度年升高率达到0.06℃/年;沿线多年冻土区2007—2013年间冻土天然上限下移的达91%,不同深度处的地温整体处于升温状态;青藏铁路路基下多年冻土也发生了升温退化,在2007年冻土人工上限相对原天然上限均抬升的占81%,路基下多年冻土退化明显滞后于天然场地;片石路基、热棒路基等主动降温措施效果明显,保证了青藏铁路多年冻土路基工程的稳定。     

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。     

青藏铁路多年冻土区桥梁墩台变形特征及成因分析

根据对青藏铁路多年冻土区桥梁工程出现的主要变形进行的现场调查和监测数据分析,总结青藏铁路多年冻土区桥梁墩台变形病害现状及特点,揭示病害机理,对桥梁墩台变形机理、发展趋势和变化规律进行分析,提出通过改善地基多年冻土环境、减少地基土冻胀及增加桩基承载力等方式来控制桥梁墩台变形的整治措施,以保证青藏铁路的可持续安全运营。     

青藏高速铁路多年冻土地区路基工程技术问题探讨

回顾总结了青藏铁路多年冻土地区路基成套关键技术,在可靠性分析的基础上,提出了青藏铁路保护多年冻土的成套路基关键技术应用于高速铁路路基存在的主要问题及对策,为解决青藏高速铁路多年冻土地区路基技术问题提供了途径与方法,具有积极的现实意义。     

青藏铁路多年冻土区水害类型及防治措施

研究目的：针对青藏铁路多年冻土区的主要水害类型，结合青藏铁路（二期）工程设计实例和施工现场情况，提出了病害处理原则和防治措施。 研究方法：首先从理论上对冻土及多年冻土进行了阐述，然后联系青藏铁路（二期）工程，从路基工程、涵洞工程、桥梁工程3个方面出现的各种水害类型分析入手，得出结果。 研究结果：路基工程、涵洞工程、桥梁工程3个方面出现的各种水害类型各有不同，但对青藏铁路今后的运营都将产生不同程度的影响，因此必须采取相应的防治措施。 研究结论：多年冻土地区铁路工程设计施工的原则应针对多年冻土各种不同的地质特征，进行科学的分析，做出具体的处理措施，保证青藏铁路建设工程的经济合理性、安全性和可靠性。运营期对路基、涵洞、隧道和桥梁等铁路工程建筑物采取合理防护，从而确保青藏铁路建设工程的质量及正常运营，从根本上抑制变形、裂缝等水害的发生和发展。     

青藏铁路多年冻土区热棒路基温度场三维非线性分析

高温高含冰量的多年冻土地段,极易受外部条件的扰动而发生变化。针对此类冻土的特征,提出了热棒路基。根据带相变热传导有限元方法,对普通路基、热棒路基在未来50年青藏铁路沿线气温上升1.0℃情况下的温度场进行了预报分析和比较。计算结果表明,在年平均气温为-3.5℃或年平均地温为-1℃的地区,在青藏铁路50年的使用期内,普通路基在气温升高条件下路基下伏冻土都将发生融化,路基将会产生较大融沉变形,不能保证青藏铁路路基的稳定性。热棒路基具有主动冷却的作用,可以更好的保护冻土。路基计算结构表明,在未来50年气温上升1.0℃的条件下,在年平均气温为-3.5℃或地表温度为-1.0℃的青藏铁路沿线多年冻土地区,热棒路基可以抵消气候变暖的影响,可以保证路基下伏冻土不发生融化,从而可以保证路基的稳定性。     

青藏高原高温冻土旁压蠕变试验研究

为研究高温多年冻土的蠕变特性,在青藏铁路北麓河试验段开展不同温度、不同含水量的多年冻土旁压蠕变试验。试验结果表明:在冻土的短时旁压蠕变试验(尤其是高温—低含冰量冻土的旁压蠕变试验)中,瞬时变形在总变形中占有较大比例;在温度相同时,该比例随含水量的增大而减小;在含水量相同时,该比例随温度的升高而增大。因此,在高温—低含冰量冻土蠕变试验数据处理过程中,必须首先提取瞬时变形,才能够分离出蠕变变形。对于高温—低含冰量冻结黏土,随含水量的增加或温度升高,冻土流变性增强。     

解决高原铁路重大工程技术难题青藏铁路成功运行成关注热点——高原高寒铁路技术研讨会在京召开

曾经有国外专家认为，青藏铁路的修筑是一项“不可能完成的任务”。这主要是因为青藏铁路的修筑面临着三大难题：高寒缺氧、多年冻土、生态脆弱，其中，冻土路基的稳定性是青藏铁路工程建设面临的最大难题之一。今天，这条成功运营一年多的世界上海拔最高、线路最长的高原“天路”，已经无数次穿越了青藏高原的生命禁区、     

青藏铁路冻土地温自动检测系统的设计与数据分析

针对影响青藏铁路安全行车的冻土温度特性及其测试问题,对比国内外的冻土研究方法,设计含上位机系统和下位机系统青藏铁路冻土地温自动检测系统。选择高精度热敏电阻为温度传感器,设计与布置测试点的深度和间隔,通过下位机定时的地温数据测试、保存与发送,实现地温数据的采集,并采用上位机的接收数据、处理与分析功能,完成地温参数变化的描述与分析,可为冻土面的铁路工程设计提供数据依据。同时,以青藏铁路某两断面地温检测为示例,将系统应用于地温断面的数据采集与分析中,描述冻土的状态对该段青藏铁路的影响。自动检测系统将为青藏铁路的安全与长期稳定运营提供重要的冻土变化信息。     

青藏铁路低架空房屋基础冻土地温及基础沉降监测及分析

针对青藏铁路高寒多年冻土的特性,为了确保多年冻土不被人为破坏及结构自身安全,青藏铁路不冻泉站区办公生产综合楼采用低架空基础。为了得到低架空房屋基础的安全性及其对多年冻土的影响,对基础冻土地温及基础沉降进行连续监测。监测数据表明:低架空房屋基础对于其下多年冻土起到有效的保护作用,房屋基础的变形控制点大部分表现为沉降,但沉降值较小,均满足现行规范要求。     

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。