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。     

寒区涵洞现浇混凝土基础水化热的影响分析

考虑相变和热量生成，导出了瞬态温度场问题的热量平衡控制微分方程，并用伽辽金法推导出了有限元计算公式。通过对青藏铁路正在修建涵洞的现浇混凝土基础水化热的影响分析，可以看出，现浇混凝土水化热在施工后半年内对涵洞周围冻土的热状况影响较大，施工后2年时仍有影响。为了减小这种影响，还计算分析了涵洞现浇混凝土基础下按2种方式铺设保温材料的冻土热状况。通过分析比较可以看出，在涵洞现浇混凝土基础下铺设保温材料可以大大减少现浇混凝土水化热对冻土热状况的影响。     

青藏公路高温冻土区沥青路面下土体热动态分析

利用青藏公路多年冻土区温度的监测资料,分析了高温冻土区普通路基下冻土的热状态及其人为上限的演变特征,并与自然地表下的变化特征进行对比。结果表明:1)沥青路面近地表温度年增幅明显大于自然地表的温度年增幅;2)与自然地表下相比,沥青路面下深部(h>6m)土体具有较小的温度梯度,对外界热扰动敏感;多年冻土温度逐年升高,不利于路基的长期稳定;3)高温冻土路基下浅部土体,冻结期明显小于融化期。融化期时间提前至3月底4月初,而冻结期开始时间与自然地表下均为11月底;融化深度大于冻结深度;4)沥青路面下多年冻土人为上限逐年下降,下降速率快于多年冻土天然上限下降速率,并且在多年冻土顶板上部已经形成贯通的融化层,融化层厚度逐年加厚。     

冻土路基热收支状态尺度效应的显著性分析

基于最大融化深度、基底总吸热量、冻土融化潜热和热融蚀敏感系数四个指标，从高度效应、宽度效应、坡度效应和冻土年平均地温方面综合阐述了冻土路基热收支的尺度效应。同时基于统计学原理，对影响冻土路基热收支尺度效应的因素进行显著性分析，探究多因素交互作用的效应性。结果表明：路基高度对最大融化深度的影响最大，冻土年平均地温对基底总吸热量的影响最大，路基宽度和冻土年平均地温对冻土融化潜热量的影响最大，路基高度和路基宽度对冻土融化潜热量的影响最大。研究冻土路基热收支尺度效应，应综合考虑多因素之间的交互作用。     

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。     

EPS保温板抗路基冻害特征分析

路基中铺设保温材料是解决路基冻害的有效方法之一。本文对聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)保温板保温效果及抗冻害性进行了室内和现场试验,根据试验资料分析表明,聚苯乙烯泡沫塑料吸水率低,隔热性好,铺设在路堤中可以减小地基冻土与陆地填土之间的热交换,使地表温度对保温层下部土体温度变化的影响大大降低,也降低了路基活动层的厚度和减小了路基冻融程度,是抗潞基冻害的有效措施。     

热扰动对冻土区片块石路基热状态变化特性的影响研究

随着我国现阶段的公路建设里程不断增长,相较于常规平原地区,高寒冻土区公路建设过程要克服冻土路基带来的各类不良影响。针对热扰动对冻土区片块石路基带来的影响进行深入研究,在分析该区域高等级公路路基状态的过程中,采集片块石路基的温度状态、吸放热状态和冻融循环状态等方面数据,探讨了其热状态变化的整体规律。研究结果显示:片块石路基在冻土区有着很好的热稳定性作用,可实现主动冷却作用;片块石路基能通过加快温差空气间的流通速度,避免热扰动对路基温度产生过于明显的影响,从而减少热扰动所带来的各类路基病害;片块石路基正下方的最大融化深度正逐步提高;片块石路基的阴阳面存在吸放热不平衡的情况,阳面路肩吸放热量达到阴面路肩吸放热量的2.7倍,阳面坡脚吸放热量达到阴面坡脚吸放热量的2.3倍;随着片块石路基阴阳面吸放热不平衡的发展,其对应的阴面冻土升温速度小于阳面冻土,阴面冻土上限发展程度同样小于阳面冻土。     

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。     

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。     

气泡混合轻质土在道路冻土地基保护中的试验研究

为减少因路基融沉引起不均匀沉降对冻土路段的破坏性影响,选择合适的材料铺设人工隔热保温层是防止冻土融化的有效技术措施。由于气泡混合轻质土导热系数小、隔热性能明显、承载能力强、使用成本低、工艺简单、施工速度快等特点,在总结国内外冻土研究成果的基础上,结合试验路段自然气候特点,提出将轻质土用于冻土地基隔热保温的修筑技术,并在我国北方某一级公路试验铺筑。通过对轻质土试验段隔热效果的监测和道路使用状况跟踪观测,表明其隔热效果良好,能够较好防止公路的季节性冻胀与永久冻土地基的融沉,可应用于类似工程。     

冻土路基温度场参数优化敏感性分析

热物性参数是冻土路基温度场稳定性分析和评价最重要的一类参数,确定这类参数主要有室内试验、现场试验以及基于实测资料的反演分析等方法.文中建立冻土路基相变温度场的参数反分析模型,以青藏公路高温冻土路基为例,采用单因素分析法对路基填土、最大融化深度内地基土和多年冻土的热物性参数的敏感性进行分析与评价.结果表明:最大融化深度内的地基土的体积热容量和冻结状态的导热系数等参数敏感性最强,填土和最大融化深度内的地基土的相变潜热等为较敏感参数,而各土层融化状态的导热系数等为不敏感参数.研究结果可作为冻土路基温度场参数选取和反演的参考依据.     

入模温度及水化热对灌注桩桩周冻土热影响试验分析

为研究混凝土入模温度、水化热对桩周冻土带来的热影响问题,以共玉公路查拉坪大桥桩基作为原型,设计了室内模型试验,研究了入模温度、水化热对冻土的热影响规律。研究结果表明,入模温度的影响时间为0~100min,200~300min为水化热影响期,入模温度对冻土的热影响程度大于混凝土水化热。入模温度最大影响范围是3倍桩径,1倍桩径以内为入模温度主要影响区,1~3倍桩径为入模温度和水化热共同影响区,3倍桩径以上为水化热影响区。入模温度及水化热在深度上影响范围是70~150cm,70cm以上冻土温度受外界环境影响较大,150cm以下冻土温度受下边界条件影响较大。     

保温材料在青藏公路路基工程中的应用

青藏公路格拉段主要的地质问题是多年冻土问题 ,多年冻土的融化是引起路基失稳和下沉等破坏的主要原因 ,而多年冻土的融化主要是由于沥青吸热及其他人为活动造成的。针对青藏公路整治改建工程设计中所采用的保温材料 ,阐述了保温处理措施保护多年冻土的原理 ,总结了铺设保温材料的施工工艺。最后在对观测数据进行系统分析的基础上 ,对多年冻土区铺设保温材料 EPS板、XPS板后的保温性能和效果进行了总结、分析和评价     

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。     

融化期川西地区季节冻土边坡稳定性分析

为解决融化期季冻区边坡失稳问题，针对川西高原地区混合土边坡，综合考虑粗颗粒含量及含水率影响，采用大型直剪与常规直剪相结合的试验方案，获取混合土抗剪强度参数，基于冻土水热耦合理论，通过COMSOL有限元软件对边坡融雪入渗过程进行数值模拟，分析边坡水热场时空变化规律，同时考虑冻融过程中土体强度参数动态改变建立季冻区混合土边坡稳定性计算分析模型，分析融化期混合土边坡稳定系数、滑动面发展规律，定量分析总结融化期季冻区边坡失稳机理。结果表明：相同干密度条件下，混合土饱和渗透系数与粗颗粒含量成正比，抗剪强度与粗颗粒含量成正比而与含水率成反比；融化期边坡融雪入渗作用加强，浅层土体处于富水状态，形成最大厚度0.80 m的暂态饱和区；川西季冻区混合土边坡潜在滑动面与冻融交界面位置基本一致，滑动面形式主要是折线型，为浅层滑动；融雪入渗与冻土消融作用是季冻区边坡融化期失稳破坏的主要诱因，融化期间边坡稳定性系数减小速率随融雪入渗过程逐渐加快，融化深度最大时，边坡稳定性系数最小；川西地区季节冻土边坡稳定性主要影响因素为粗颗粒含量与初始含水率，粗颗粒含量越高，初始含水率越低，融化期边坡稳定性越好。     

寒区隧道保温层不同铺设方式下的材料优化选择

本文采用模糊综合评判法,结合寒区隧道保温层的不同铺设方式,针对寒区隧道工程中常见的几种保温材料,对受导热系数、市场价格、燃烧性能、密度、吸水率和抗压强度多种因素制约的保温材料的选择做出总体的评价,研究分析结果表明:当保温材料铺设在二衬表面铺设或离壁铺设时,福利凯保温板评判得分最高,应优先选用;当保温材料铺设在初衬与二衬之间时,硬质聚氨酯泡沫塑料评判得分最高,应优先选用。     

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.     

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。     

冻土地区桩基础施工热稳定性分析

针对多年冻土地区桩基施工中水泥水化热对桩周温度场的热扰动问题．进行考虑相变的三维非稳态热分析,通过有限元模拟计算,得出随时间变化桩周温度场变化规律及不同深度处随时间变化沿径向桩基温度场变化规律。结果表明：混凝土水化热对桩周围土体的热扰动大而且时间长,应采取措施减小混凝土水化热,从而达到减小冻土区桩基热扰动问题。     

高烈度地震区冻土公路隧道结构动力特性研究

为揭示高烈度地震区冻土公路隧道震动特性,借助有限元软件分别研究了多年冻土隧道在全冻、1～10m融化圈以及季节性冻土隧道在全融、1～10m冻结圈状态下,围岩与结构地震加速度、位移等动力时程响应特性。结果表明:多年冻土隧道随着融化圈深度的增加,地表及洞顶的地震加速度、位移响应均逐渐增大。融化圈为1m时地震影响最小,与全冻结状态下相比,洞顶加速度减小约9%,洞顶位移减小约22%,即适当厚度的融化圈具有一定的减震作用;季节性冻土隧道随着冻结深度的增加,地表及洞顶的地震加速度、位移响应均逐渐减小。冻结深度为10m时,地表及洞顶加速度达到最小值,全融状态下,地表及洞顶加速度达到最大值。此外,全冻状态下地表及洞顶位移小于全融状态,即全冻状态下地震作用时,破坏作用较全融状态下小。