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。     

高海拔地区薄壁空心高墩日照温度效应

高海拔地区具有气温低、昼夜温差大、太阳辐射强的特点,薄壁空心高墩受日照辐射和空气温度影响较大。为合理指导施工,必须研究高墩在日照温度下的温度场和温度效应。依据热交换理论,基于现场实测温度,利用有限元Ansys软件,分析了薄壁空心高墩一天中温度变化和温度效应,得到了薄壁空心高墩温度场特性和温度引起的应力、位移分布规律,可为高海拔地区薄壁空心高墩的设计和施工提出合理化建议。     

青藏铁路腹部地区多年冻土的发展趋势

详细分析了青藏铁路沿线多年冻土腹部风火山地区近30年来地温场的变化规律,从年平均地温、天然上限等多角度论证了青藏铁路沿线的多年冻土处于衰退状态.多年冻土的退化将导致地基强度的降低,影响建于其上的青藏铁路的稳定性,因此需要增加能够通过主动降温来保护多年冻土区铁路路基的工程措施,以保证青藏铁路的安全运营.     

新疆干寒地区沥青路面温缩裂缝与温度应力数值计算

本文研究了沥青路面在降温过程中收缩开裂机理与形态,深入分析了温缩纵缝和温缩横缝的特征,并通过建立基于不同约束条件的模型推导了横向收缩应力和纵向收缩应力的计算方法。针对新疆干寒地区低温以及昼夜温差明显的特点,利用地区的昼夜气温观测值和路面温度场相关计算结果,对典型干线公路沥青路面各结构层进行数值计算分析,得到温度应力的大小和变化规律。     

哈大客运专线路基稳定性的监测与分析

哈尔滨至大连（哈大）客运专线地处冻土区域，受温度等因素的影响，易产生路基变形。通过哈大客运专线实地调查，选取沿线3个典型横断面进行了沉降变形、地温、土体应力、含水量4项内容1个冻融循环期的监测，监测分析结果与实际相符，为路基稳定性评价提供了依据，具有重要的工程参考价值。     

西南地区沥青路面温度应力的有限元分析

温度作用引起的沥青路面开裂是沥青路面使用中的主要病害之一.通过对西南地区高温季节和低温季节的温度场、温度梯度以及路面受力情况进行分析,得出西南地区冬季寒冷季节气温变化对路面的影响仅限于路表,基层及以下土层处于稳定的受压状态;夏季炎热季节气温变化对路面温度影响的幅度较大,温度应力变化幅度也较大的结论.     

寒区引水隧洞围岩冻胀特性分析——以新疆布伦口水电站引水隧洞工程为例

为解决寒区水工隧洞围岩在低温作用下孔隙水相变引起的冻胀问题,以新疆布伦口水电站引水隧洞工程为依托,基于弹塑性力学理论,采用有限元建模分析方法,考虑低温水-冰相变引起的围岩热力学参数变化,使用有限元软件建立温度-渗流-应力耦合模型,计算围岩冻胀力弹塑性解析解及围岩瞬态温度场、冻胀应力和位移,分析冻深变化规律以及冻胀前后的应力变形规律。研究结果表明:1)受低温影响围岩孔隙水发生相变,冻结圈随时间推移向围岩内部移动,冻深随之增大,且冻结计算时间200d内最大冻深为2.04m;2)围岩受冻胀作用后的应力为0.392～0.527MPa,较冻胀前相比有一定幅度的增长;3)围岩水平位移变为-0.36mm,竖直位移由冻胀前的-9.59mm变为-8.41mm,围岩状态表现为水平收缩0.36mm、拱顶沉降1.18mm。     

寒区隧道温度场测试及其影响因素的正交试验

为探究多年冻土及季节性冻土区隧道环境及围岩温度的分布规律及其影响因素,依托吉林省图珲高速公路东南里隧道工程,现场开展隧道洞外、洞内气温测试及围岩温度测试,采用三角函数对温度测试结果进行拟合;通过ANSYS建立数值模型,对年平均气温、年温度振幅、隧道埋深和围岩的热物理参数及对流换热系数等温度场影响因素进行了正交试验。研究结果表明,隧道内气温随着距洞口距离的增大而增加,隧道洞口最大冻结深度不超过2.4m,隧道内温度及围岩温度随着时间的变化规律大致符合正弦曲线;年平均气温、年温度振幅、隧道埋深是隧道温度场的主要影响因素,而围岩的热物理参数是隧道温度场的次要影响因素。     

温度与移动荷载作用下特重交通RCC基层沥青路面结构响应分析

为便于传统半刚性基层沥青路面改造方案结构优选,使改造后的路面能更好地承受特重交通与环境温度作用,针对碾压混凝土(RCC)基层以及组合式基层沥青路面两种改造方案,利用ABAQUS有限元软件进行其在大气温度作用下的路面结构温度场预估、温度应力分析,以及典型温度场与移动荷载的耦合分析。结果表明:①大气温度对路面温度场的影响主要集中在面层,尤其是中上面层,温度变化梯度对温度应力影响较大;②温度应力主要集中在基层及以上结构层,面层在温度较低时承受拉应力,基层顶面承受较大的温度压应力;③相比于组合式基层,RCC基层沥青路面在温度与移动荷载共同作用下,其沥青中下面层剪应力、沥青层层底弯拉应变以及土基顶部压应变等均具有更为明显的力学优势,且抗疲劳开裂和永久变形损伤预期寿命最长。RCC基层沥青路面可作为特重交通路面改造工程的优选结构。     

岩质斜坡地基上高填方路基变形特性研究

斜坡地基上的填方路堤已成斜坡地基上的填方路堤已成为山区高速公路路基的主要结构型式。高填方路基的沉降发展规律较一般路基有其自身的特征,即在高路堤荷载作用下,地基土中的应力状态发生变化,从而引起地基变形,出现路基沉降。基于此,本文以新建高速公路典型岩质斜坡地基上高填方路基为研究对象,深入研究了填筑过程中路基沉降变形规律,详细分析了其工后沉降特性。结果表明(1)剖面沉降总体变化较小,与路基填筑压实质量较好有关;(2)总体侧向位移量较小,位移变化呈增大→减小→逐渐趋稳的趋势。(3)路基施工阶段累积沉降较大,工后沉降阶段累积沉降局部有较大发展,但路基整体沉降发展较小。     

考虑相变过程岩体孔隙率对寒区隧道温度场时空规律影响研究

为研究寒区隧道围岩在持续低温作用或冻融循环作用过程中,考虑岩体相变过程中多相体各组分变化引起的岩石热学参数差异对围岩温度场时空变化规律的影响,利用已有岩体未冻水含量研究成果,进一步推导不同孔隙率下岩体的热学参数计算公式。基于多孔介质模型建立考虑相变过程的围岩温度场计算模型,分析考虑潜热时不同孔隙率下围岩冻结缘的空间形态变化规律,及相变过程对温度场的影响。研究结果表明： 1）饱和岩体孔隙率越高,对岩体整体热学参数影响越大; 2）低温持续作用围岩时,冻结缘向围岩深处移动并不断变宽,其宽度与其深度呈线性关系; 3）饱和围岩孔隙率对冻结缘移动速度影响较大,但对其宽度基本无影响; 4）由于相变潜热,岩体在冻融循环过程中围岩温度时程曲线出现不对称阶梯状形态,且其阶梯形状宽度与围岩孔隙率呈正相关; 5）冻融循环过程中,升温及降温过程中冻结缘临近岩体温度梯度存在差异引起的传热效率不同直接导致升温、降温时程曲线的不对称性特征出现; 6）沿硐室围岩径向向外,各处围岩体的温度时程函数与加载的温度函数存在着振幅衰减和相位滞后的现象,且岩体孔隙率越高该现象越明显。     

环境温度及荷载对沥青路面车辙发展的影响性分析

为研究温度及车辆荷载对沥青路面车辙发展的影响效果,采用ABAQUS有限元软件建立分析模型,结合气温观测数据,分析路面内部温度场变化规律,在此基础上分析沥青路面车辙在不同温度及车辆荷载下的变化规律.研究结果表明:沥青路面车辙发展随外界温度的变化呈非线性规律性变化;高温条件下车辙发展速度远大于低温条件下的发展速度;相同荷载...     

顺层岩质高边坡开挖施工现场监测及稳定性数值分析

以湖南省某高速公路层状岩质高边坡变形体作为典型工程实例,根据地勘成果选择典型断面布置测斜孔对边坡岩体进行监测;对监测数据进行深入分析,提出雨水冲刷和入渗是影响边坡稳定变形的主要因素,岩体内部至少存在两个潜在滑动带,同时监测数据为工程处理措施的制定和实施提供有效指导;通过对边坡开挖过程进行数值模拟,分析边坡开挖导致位移和变形的变化规律。     

多年冻土区热棒路基降温调控效能研究

为了研究多年冻土区地温变化规律及评价L型和直式热棒的地温调控效果,以某一级公路采用的热棒群降温工程措施为研究对象,以现场实时监测数据为基础,评价了热棒有效影响半径、作用期限和影响深度等因素对多年冻土路基的降温冷却效果,通过热传导理论和非线性分析方法,建立了不同监测时段的地温预测模型。研究表明:在垂直于路基中心线的水平方向上,热棒作用下的路基地温变化呈"弯沉盆曲线"型,最小有效影响半径为2.0m。在近路中心侧最低地温在-0.5℃以下,L型热棒降温效果更佳;而在近路肩侧最低地温基本处于0℃以下,直式热棒冷却效能优势较大。多年冻土路基地温变化近似呈现正弦波形曲线分布,单位周期内地温振幅随深度增加不断衰减,且存在相位滞后效应和偏距差异,经历两个冻融循环冷却期后,两种热棒段的路基最低地温降幅分别达到51.5%、50%。浅层地温受大气温度和黑色沥青路面聚热效应的影响波动幅度较大,但随着路基埋深的不断增大,其周期性波动逐渐削弱并逼近年平均地温。多年冻土地温预测值与实测值相关系数均在0.97以上,预测效果良好。研究成果可为多年冻土路基设计、运营维护和变形监测提供新视野。     

高海拔特长隧道低温大风环境及对围岩-结构温度场的影响

为探明高海拔特长隧道洞外低温大风的成因、特征及对洞内风场、围岩-结构温度温度场的影响,以国道317线雀儿山隧道为工程依托,采用气象站、手持风速仪、红外测温仪、埋入式多点铂电阻温度传感器等,对冬季隧道贯通前后进出口两端隧址区、洞内净空风速、风向、温度以及隧道轴向、径向的围岩-结构温度场进行现场实测,分析低温大风成因和特征、隧道贯通前后负温区范围、风速风向变化规律以及对洞口段和洞深部围岩-结构温度场的影响。研究结果表明：受高原大尺度大气环流产生的高原季风以及雀儿山两侧日照时间、地形引起的小尺度范围内自由大气热力差影响,隧址区冬季风速高、温度低;大风时段主要集中在14：00~21：00,平均风速达10 m·s^-1,负温时段主要在19：00~8：30,隧道进、出口日最大气温差分别为23.5℃和28℃;隧道贯通前,进出口两端负温区段在860 m以内;贯通后,出口端主洞和平导负温区段为1 200,1 280 m,分别比进口端长了340,420 m;贯通前后,隧道深部最低风速分别为1.1,2.2 m·s^-1,洞内风向由两端向洞内方向转化为主要由出口向进口方向;隧道洞口浅埋段围岩和衬砌结构径向负温范围在贯通前为1.20 m,贯通后为0.80 m,且在上述范围内温度变幅较大;低温大风对隧道深部的围岩温度影响不大,但对结构表面温度影响明显,由于变温区主要集中在二衬混凝土结构内部,因此要重视结构内部产生的冻胀作用。     

川甘界～广元高速公路沿线汶川“5.12”地震地质灾害的主要型式及影响分析

对拟建川甘界～广元高速公路沿线地震地质灾害进行了系统调查,调查表明沿线地震地质灾害主要为高陡边坡崩塌落石、边坡中上部岩土体滑移、边坡岩体开裂变形等几类,并对各类灾害对待建公路的影响进行了分析。同时根据汶川5.12地震灾区典型震害现象,分析了广甘路主干断裂上盘山体稳定性、隧道长期地应力变化影响等几个问题。     

斜坡高填石路堤变形和稳定特性研究

应用有限元软件PLAXIS研究斜坡高填石路堤变形和稳定特性，分析在不同地面坡比下坡脚水平位移、路堤中心竖向位移、塑性点的扩展及安全系数随填筑高度的变化规律，为工程设计、施工提供可靠的理论依据。     

考虑环境湿度条件下高地温隧道喷雾降温研究

为了解决高地温隧道施工环境的热害难题,探究喷雾降温辅助手段降温效果并确定其设计参数,以我国西南地区某隧道工程为依托,采用现场实测和数值模拟方法,就不同雾滴温度、喷头位置和流量对高地温隧道中不同截面位置温度场湿度场分布影响问题进行了深入分析。研究结果表明：喷雾系统弱化了围岩加热新鲜风的过程,使各截面气温显著降低2～3℃;处于喷头后方的隧道截面降温幅度更大,该范围为30 m左右,超出此范围,改变喷头位置不会对其后方隧道气温和湿度产生明显影响;围岩温度35℃、新鲜风25℃的条件下,设置喷雾流量和雾滴温度为0.005 kg/s和20℃可以将掌子面附近100 m范围内气温和相对湿度控制在27℃和47%左右;增加喷头流量是降低隧道环境气温的有效方式,而改变雾滴温度的影响作用较小。     

岩质边坡锚杆及防护网温度应力分析

喷锚支护是岩质边坡常用的加固手段,在对锚杆及防护网应力监测中发现,温度变化对钢筋应力影响较大,甚至成为主要影响因素.对温度应力的产生机理进行分析,认为温度应力产生于钢筋、粘结砂浆及边坡岩体之间的线胀系数差异;研究了温度应力的理论值,得出温度每上升1℃钢筋产生约1 MPa的压应力,并在实际监测结果中得到验证;研究了边坡温度场,拟合出边坡不同深度岩体的温度波动函数;根据边坡温度场与钢筋应力的相关性,对锚杆与防护网分别提出温度应力的剥离方法.     

基于实测数据的沥青混凝土路面结构温度场特性分析

为研究沥青路面温度场受外界环境的影响及其敏感程度,对重庆南岸区大气温度及太阳辐射能量进行实测。根据传热学理论,运用ABAQUS有限元软件进行建模并对其进行二次开发。结合沥青混凝土路面结构材料在不同温度时的蠕变非线性效应,改变大气气温、风速等参数,分析沥青路面结构温度场随相关参数的变化的规律。结果表明:沥青路面结构受大气温度的影响主要体现在路面面层,达到路面结构一定深度后,对路面结构的温度场的影响很小;大气温度是影响沥青路面全天温度场变化的主要因素;在中高温天气时,随着太阳辐射能量的增加,大气温度对路表温度的影响随之减小;随着路面结构深度的增加,不同深度位置处与大气对流作用频率下降,只有当上层结构与大气对流完成之后,才能由其以下的结构与大气对流,进而使下层结构温度差峰值向后延迟;风速对沥青路面温度场影响较大,应注意风速产生的温度场结果误差。