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。     

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℃。     

地震荷载下高含冰量冻土的动力特性试验研究

地震荷载作用下高含冰量冻土的动力特性试验研究对西北地区地震多发地段的冻土工程的抗震设计具有重要意义。通过选取兰州的重塑冻土进行动三轴试验,分别研究了地震荷载下不同控制温度(-6,-3,-1℃)、不同含水量(30%,50%,75%)以及不同围压(0.3,0.5,1,2 MPa)下高含冰量冻土的动应力应变关系和动弹性模量。试验结果显示,不同条件下冻土的动应力应变关系呈Hardin-Drnevich双曲线模型,并且不同温度、不同围压和不同含水量对模型参数都有着影响。动弹性模量随温度升高而减小,温度每升高1℃,弹性模量就下降12～15 MPa。围压对动弹性模量的影响有强化作用和弱化作用,-6℃时动弹性模量随围压增大而增大,-1℃时大应变情况下动弹性模量随围压增大而减小。对于高含冰量冻土,动弹性模量随含水量的增大先减小后增大。     

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。     

大面积静压群桩对邻近场地挤土变形影响试验研究

依托鲁南高铁曲阜东站并轨段路基工程,开展预应力管桩群桩成桩现场试验,研究大面积静压群桩对邻近场地挤土变形影响。结果表明:大面积静压群桩过程中,土体横向水平位移与地表隆起位移随成桩排数的增多而逐渐增大;位移发展经历快速、慢速及逐步稳定3个阶段;横向水平位移沿深度总体上呈减小趋势,其分布与土层性质有关;地表隆起位移随距试桩区水平距离的增大呈指数型衰减;该试验条件下,先成桩的微型桩对后压入的管桩挤土效应具有隔离作用,引孔深度15和20 m对横向水平位移及地表隆起位移的防控效果显著;压桩完成时,地表横向、竖向位移的影响范围分别约为88倍和30倍桩径;单排压桩新增位移量随压桩排数的增加呈先增后减趋势,表明前排压桩引发的挤土变形影响比后排压桩更大。     

冻土铁路涵洞施工对地基土地温的影响

通过对青藏铁路沱沱河试验段2座试验涵洞进行地温现场监测和观测数据的分析,研究适合青藏高原特殊施工环境的涵洞施工工艺、最佳施工季节、施工对多年冻土的影响以及沿涵洞轴向多年冻土上限的变化特征。研究表明:涵洞施工选择在寒季且选用预制基础,对冻土的热扰动较小;受涵洞施工热扰动、路基填土储热以及涵洞过水等的影响,建涵初期涵洞下多年冻土地温升高,且有部分融化现象;由于涵洞的通风与遮阳作用,涵洞下多年冻土近地表地温的变化特征与天然地面下有明显的不同,涵内浅层地温对气温的响应比天然地面相应深度迟缓,浅层地温年波动幅度逐渐减小,尤其在夏季正温波动幅度明显减小,同时沿涵洞轴向不同部位地温变化特征也有所不同,涵身地基地温正温波动幅度小于进出口,而负温波动幅度大于进出口,与此相应,涵身冻土的人为上限一般也高于洞口,说明路基和涵洞具有保温隔热的作用。     

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。     

热带雨林地区火山灰堆积层浅埋偏压隧道变形控制技术

雅万高速铁路（雅加达—万隆）地处热带雨林地区，土质为火山灰堆积层。针对雅万高速铁路2号隧道施工时出现洞内沉降、地表塌陷等问题，参考类似工程提出钢管桩牛腿加固技术。通过室内压缩固结试验、直剪试验得出火山灰堆积层黏土的黏聚力、内摩擦角和压缩模量均随含水率增大而减小。通过数值模拟分析了钢管桩不同桩心距、桩径、入岩深度下地表和隧道各关键部位的位移。结果表明：桩心距、桩径越小，钢管桩对隧道和地层变形的控制效果越好；增加入岩深度有利于控制隧道拱顶竖向位移，入岩深度15 m时地表竖向位移最小。从减小隧道和地层变形、经济性方面综合考虑，建议桩径取500 mm，桩心距取2倍钢管桩直径，入岩深度取15 m。     

青藏铁路冻土路基沉降变形预测

青藏铁路试验工程北麓河试验段冻土路基沉降变形现场试验研究表明:即使路基下冻土人为上限有所上升,冻土路基仍会产生较大的沉降变形。这种变形主要来自原天然上限以下高温—高含冰量冻土升温引起的压缩变形。路基下多年冻土的升温幅度、高含冰量冻土层厚度和路堤高度越大,路基的沉降变形量就越大。数值计算结果表明:在路堤填土满足临界高度,且考虑青藏高原年平均气温逐年上升的条件下,青藏铁路北麓河试验段冻土路基在未来50年内的总沉降量可能达到30 cm。因此,要控制冻土路基的沉降变形,必须采取主动降低多年冻土温度的工程措施,单纯靠增加路堤高度的传统方法不能解决问题,甚至适得其反。     

基于随机介质理论的土体融沉预测及其参数敏感性分析

为预测人工冻结法施工引起的地表融沉,以广州某地铁为研究背景,考虑土体压力的变化,运用随机介质理论建立马蹄形水平冻结融沉计算模型,分析对地表融沉有影响的各参数的敏感性。由计算结果得出,水平冻结引起的地表竖向融沉呈正态分布,在隧道中心处达到最大值;参数敏感性分析得出各参数敏感度从大到小依次为冻结壁厚度、土体主要影响角正切值、隧道埋深、融化与压密系数;最大竖向融沉随着冻结壁厚度、土体主要影响角正切值、融化与压缩系数的增大而增大,随着隧道埋深的增大而减小。     

EPS保温板在青藏铁路中应用的适用性评价数值模拟

保护冻土原则是多年冻土区路基设计的首要要求。本文运用带相变瞬态温度场有限元数值解法,模拟分析铺设聚苯乙烯(EPS)板后铁路路基下多年冻土最大融化深度在随后50a内随时间的变化,提出保温板铺设的适宜位置;总结分析保温板厚度和路基填土高度的关系;基于年平均气温给出多年冻土区铁路路基工程中保温材料的适用范围,并对多年冻土年平均地温对保温处理措施适用范围的影响进行了分析。     

青藏铁路高填方路基对下伏多年冻土热状况的影响

基于青藏铁路北麓河试验段两个监测断面的地温监测资料 ,分析了修筑高路基后下伏土层的热状况变化特征。结果表明 ,修筑高路基后 ,多年冻土上限有所抬升 ,而下伏土层地温明显升高。多年冻土上限的抬升主要是由于高路基的热阻效应导致上限附近土层温度变幅急剧减小而形成的。高路基的修筑会引起路基阴阳面热交换状态的明显差异 ,路基阳面边坡是最强烈的吸热面 ,而路基阴面边坡表现为放热效应 ,由此会形成下伏多年冻土融化状态的不同     

重载既有线路桥过渡段动力响应特性分析

结合朔黄铁路路桥过渡段实际,基于有限元和无限元理论建立车-轨动力分析模型,并通过实测数据对模型进行了验证.以实测过渡段不平顺为基础,分析了C80货车通过过渡段时动力响应规律.计算结果表明:重载既有线路桥过渡段运营造成的不平顺对车辆振动加速度、轮轨力等影响较大,不平顺条件下轮轨力可达221 kN,接近容许限制;在路基深度...     

有改良层既有线过渡段承载特性及加固研究

既有线路桥过渡段存在的路基承载力不足的问题普遍存在,对其进行检测、路基承载性能评估对保证列车安全、平稳运行尤为重要。通过E_(vd)、动力触探及粘贴应变片等原位测试手段,对某既有线过渡段水泥改良表层而下卧软弱土层的路基构造承载特性进行研究,并对水泥挤密桩加固效果进行评价,得到结论:(1)路桥过渡段距桥台0~5 m区间是线路最薄弱环节,需重点加固保护;(2)基床表层水泥改良层厚度对路基承载力影响显著,轨下E_(vd)值远大于路肩E_(vd)值,最大差值高达45.79 MPa;(3)水泥挤密桩改善既有线路桥过渡段路基承载性能效果良好,加固后过渡段刚度显著增大,动土压力则明显减小。     

青藏铁路运营期间低温冻土区片石气冷路基工程效果分析

冻土区筑路技术问题的关键是冻土的热稳定性,这种热学问题的力学表现是路基变形。通过对青藏铁路运营期间冻土区典型地段路基地温场和路基变形特征的分析,指出青藏铁路冻土区路基地温场形态控制了长期运营期间的路基变形总量和横向差异变形总量。这些变形主要由冻土季节融化层土体的冻胀融沉变形、冻土压缩变形、冻土长期蠕变变形组成。工程监测以及理论计算证明了片石气冷路基结构保护冻土效果的长期可靠性,证明了其减少运营期路基变形,保证冻土区路基工程的长期稳定性的效果。     

青藏铁路冻土路基热棒应用效果试验研究

通过青藏铁路沿线典型冻土路段热棒试验路基和对比路基的地温及变形现场监测,研究热棒对多年冻土路基的保护效果。通过对埋置在正线试验路基左侧不同规格热棒周围地温的监测,研究热棒构造对路基降温效果的影响。试验结果表明,热棒显著抬升路基下部多年冻土的天然上限,其最大平均抬升值达1.66 m;斜插方式埋置热棒能使最大融化深度曲线更快地趋于平缓,达到对路基下部多年冻土的整体保护;热棒路基的累计变形远小于未设置热棒的对比路基;热棒的产冷功率越大,其降温效果越好,降温范围也越大。     

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。     

青藏铁路自动温控通风试验路基观测结果分析

自动温控通风路基(自控路基)是基于通风路基的一种新型工程措施,自控系统通过充分利用冷能,可在很大程度上提升通风路基的降温效能.青藏铁路北麓河试验段自控路基的现场观测资料表明,自控系统实施后,通过暖季对通风管内对流换热作用的限制,路基的传热方式以热传导为主,由此使得通风管内整体升温幅度均小于通风路基,自控路基通风管内温度较通风路基约低1.0℃,且中心温度最低;在自控路基中,路基下3.5 m深度原多年冻土上限附近的地温降温幅度更为显著,在自控措施实施后两年的时间里,通过与通风路基对比发现,两者最高温度在降温过程基本一致的情况下,最低温度差值呈现不断扩大的趋势,观测期内最大差值为0.45℃;路基下3.0～3.5 m位置的热流计算表明,自控路基对应的年均放热热流量约为通风路基的2倍,即从传热角度说明,通过自控系统的实施可以提高通风路基的降温效能1倍左右;同时,自控措施将通风路基有效放热时间增加约40 d,这也是自控路基降温效能表现突出的原因之一.