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。     

多年冻土地区路基纵向裂缝影响因素

根据青藏公路纵向裂缝现场勘察和形成机理分析,认为导致路基纵向裂缝的主要原因是路基边坡坡脚下融化区的产生及发展。通过非线性弹塑性有限元分析,研究了融化深度、融化区位置和融化区切入长度对纵向裂缝形成的影响规律。研究结果表明：随着融化深度不断加深,纵向裂缝产生的可能性增加,且规模逐渐增大,但并不影响裂缝产生的位置;融化区切入长度不同,纵向裂缝产生的位置不同,纵向裂缝的规模也不同;在所有切入长度中,存在一个临界长度,此时纵向裂缝的规模最大;随着融化区中心位置不断向路基中心移动,路基纵向裂缝呈现出复杂的变化现象,融化区中心位置影响路基纵向裂缝是否产生及其产生的位置。     

高原多年冻土地区公路路基温度场现场实验研究

以多年来的现场实测资料为依据，阐述了高低温多年冻土地区，沥青路面基下的地温分布及变化过程，提出了冻土路基的稳定性与多年冻土圻平均地温之间的关系。说明了多年冻土地区公路路基温度场现场实验研究，在高寒地区公路修筑中的实际意义和重要性。     

多年冻土地区路基工程研究进展

全面回顾了多年冻土地区路基工程若干关键技术的研究进展,主要包括路基合理高度、路基中的水热力过程、路基稳定性及路基病害理论、路基病害的预防技术等方面的国内外研究现状与未来发展趋势及进一步研究建议。     

青藏高原多年冻土地区路基热稳定性影响因素分析

随着全球气温的持续变暖,多年冻土地区路基的热稳定性受到了广泛关注。考虑了诸多影响多年冻土地区路基热稳定性的主要因素并进行综合分类,将其归纳为外部气候条件、冻土内在因素及公路工程特点3类,初步分析了各影响因素的变化状况及其影响效应,提出了各因素间的相互作用关系图式。     

多年冻土区通风管管距对路基温度场的影响

以青藏公路五道梁的通风管试验路为计算模型,对不同形式的通风管路基的温度场进行了有限元计算,重点分析了通风管管距对通风管路基温度场的影响.研究表明:通风管间距对路基温度场有较大影响,冷季通风管间距越小,对保护冻土路基越有利,暖季则反之.从路基温度场的总体状况来看,小间距通风管路基对保护冻土路基稳定更加有利.     

多年冻土区封闭条件下片块石路基降温效果数值分析

片块石路基是多年冻土区公路建设中的一种主动降温的措施,根据多孔介质对流传热理论,对封闭边界的片块石路基温度场进行数值模拟计算,分析在全球气温变暖和沥青路面强吸热特性双重影响下的片块石路基的降温效果,并对其长期热稳定性进行预测分析。结果表明:片块石路基能够很好地发挥"热二极管"效应,寒季增加路基的蓄冷量,暖季可有效阻止外界热空气进入路基,对于防止多年冻土融化、主动保护冻土起到了积极有效的作用;片块石路基在短期内降温效果显著,但从长远分析,片块石单独应用于多年冻土地区公路路基中难以发挥主动降低地温、保护多年冻土和维护路基热稳定性的作用,必须进行补强。     

多年冻土地区路基施工

介绍301国道博克图至牙克石段二级公路多年冻土地区路基施工措施经验。     

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。     

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。     

多年冻土区路基融沉变形分析

基于UL描述的大变形固结理论和考虑相变作用的温度场,通过联系方程,建立了大变形融化固结理论。假定未来50年升温2.6℃的条件下,对路基运营若干年后的热、力学状况进行分析。结果表明;路基对冻土上限有一定的抬升。路基中心的变形最大,远离中心的地表处最小。路基变形随着融化范围的增大而增加。此外,不同运营时间的路基变形速率不同。随着年平均地温的升高,路基沉降也随之增大。     

路基边坡坡率对路基热稳定性影响

根据能量平衡原理,建立的能够反映冻土温度场变化特征的控制方程。通过对比实测数据与数值计算数据,验证模型的可靠性。利用该模型分析了边坡坡度对温度场的影响。结果表明：随着坡度的减缓,冻土上限有所提高。继续减缓坡度,冻土上限将下降。路堤边坡及坡脚下浅层地温随坡度的变缓而降低,坡度对较低年平均气温的路基温度场影响较小。越是靠近路堤中心线位置,受到路基边坡的影响越大。     

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。     

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。     

硅藻土沥青混合料阻热性能及其对冻土地基的影响

通过对硅藻土改性沥青混合料热传导性能试验研究,得出了不同硅藻土掺量条件下混合料的热传导系数和热容量参数,同时利用有限单元法对冻土地区公路的温度场变化情况进行了研究.室内试验结果表明,硅藻土改性沥青混合料的导热性能比普通沥青混合料有一定程度的降低,其中添加15%硅藻土的沥青混合料热的传导系数比普通沥青混合料降低10%左右...     

多年冻土区灌注桩的人工冷却试验研究

多年冻土区灌注桩修筑过程中,混凝土携带的热量和水化热会对周围冻土产生强烈的热扰动,由于基础在回冻前承载力非常小,因此桩基的快速回冻已成为该地区基础设施建设中备受关注的问题。为解决该问题,创新性地提出人工冷却法在多年冻土区灌注桩中的应用,以实现基础的快速降温和回冻,并在青藏高原北麓河进行现场人工冷却灌注桩试验。试验结果表明：人工冷却降温效果显著,试验进行到第2天,基础周围土体温度已经降至天然场温度以下;随着冷却试验的继续进行,基础和周围土体的温度会进一步降低;人工冷却有效降低了土体温度,并增加了桩基周围土体的冷储量,冷却试验结束后的第7个月试验桩的平均界面温度为-0.6℃,无冷却措施桩对应的平均界面温度为-0.37℃。承载力计算结果表明：人工冷却可以快速、大幅提高桩基的承载力,通过该措施的应用,试验桩的承载力可提高至2 231 kN,而无冷却措施桩对应时刻的承载力仅为549 kN;该措施有效缩短了冻土区灌注桩施工的后续等待时间,经过人工冷却的桩基承载力很高,冷却结束后即可进行上部荷载的施工。人工冷却可作为冻土地区桩基快速施工中的一种重要方法和有效途径,其不仅能够解决灌注桩对冻土产生热扰动这一难题,还能够有效缩短工程的建设周期,具有很高的工程应用价值。     

青藏铁路多年冻土隧道隔热保温研究

从冻土隧道冻害产生的基本因素、冻融圈的变化规律分析,提出青藏铁路多年冻土隧道隔热保温的设计思路及“防水板+隔热保温层+防水保护层”的隔热保温结构形式,并结合围岩温度变化进行现场测试,分析得出围岩地温在逐渐回冻,从而验证了隔热保温设计的合理性,其设计方法及思路可为以后相关类似工程的设计提供参考。     

路堤稳定性分析的滑移线场解法

文章介绍了滑移线场理论,数值方法的求解,以及编制了滑移线场程序。对一加筋路堤算例进行了计算,计算结果与实际极限高度比较接近。     

寒区高速铁路长大隧道温升问题研究

为了解决寒区高速铁路长大隧道由于列车运行导致隧道内环境温度的上升,从而对隧道安全运营产生不利影响的问题,针对多年冻土地区隧道围岩温度场具有导热与对流换热耦合边界并伴有相变的非稳态温度场的特点,联合应用有限体积法及有限单元法,进行围岩温度场的有限元分析。结果表明,对于寒区高速铁路长大隧道而言,列车的高速运行和特长隧道通风散热不畅所导致的隧道内热量集聚,将使隧道空间温度在未来几十年内缓慢上升,虽然数值不大;但引起了隧道周围冻土区温度场较大的改变,增大了冻土的融化范围,加深了地基土的融化深度,必将对隧道结构的稳定性及高速列车的运行安全造成不利影响。