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。     

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。     

多年冻土区路基温度场特征分析

文章以青藏高原多年冻土区路基实测历史数据为依据,对影响冻土路基稳定性的地温变化进行统计分析,得出一系列地温变化特征结论:温度场随深度的变化特征;路基逐月融化进程;路基人为上限的变化规律;地温场在不同深度随时间的变化规律等。以期为多年冻土区路基设计及施工提供可靠的研究依据。     

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。     

多年冻土区粒径改良路基地温特征分析

研究了多年冻土区主动保护多年冻土的新型路基结构形式——粒径改良路基。粒径改良路基对降低路基下填土地温具有良好的工程效果,与普通通风路基、普通路基相比,在保护冻土方面已显现出较好的优越性。     

冻土路基变形场光纤阵列监测体系研究

为适应青藏高原多年冻土区恶劣环境,应对高原多年冻土区路基融沉变形局部变位大、纵向形态变化急剧、分布范围广等问题,有必要研发一套高精度、高韧性、适应大变形并具有自动化功能的高等级公路病害监测体系.该文以布拉格光栅光纤传感监测技术为基础,提出光栅光纤位移阵列传感器设计方法,基于克里金空间插值理论,选取最小估计均方差、平均预测精确度作为变形场预测的评估因子,结合监测成本估算开展光纤阵列优化布置分析,提出基于空间插值优化的冻土路基变形场自动化监测系统.研究结果表明:光栅光纤位移阵列传感器优化设计参数为横向间距2m、纵向间距4～6 m,结合克里金空间插值理论,可实现由点及线、由线及面的冻土路基浅层、深层区域变形精准监测和预估;设计的光栅光纤位移阵列传感器具有测量精度高、可变大量程、稳定耐用等优点,易于搭建可扩充、可复制的长期组网监测体系,对实现冻土路基区域性大变形的自动化监测和不均匀沉降灾害的云端化识别具有借鉴意义.     

多年冻土区铁路路基沉降现场监测研究

选取某高原铁路多年冻土典型区段，依托冻土观测桩开展冻土路基沉降监测研究。研究结果表明:2010年～2019年间，受气候及工程影响，该段路基下的原多年水热平衡状态遭到破坏，冻土退化现象非常普遍，路基10年累计沉降量大于0.1 m的测点数占总测点数的17 %；由于左右测桩不同位置的环境细微条件不同，导致沉降量存在差异，但总体趋势基本一致；冻土路基累计沉降量与时间线性关系显著，对未来路基沉降进行预测，提前预防各类病害具有重要意义。     

漠北公路高纬度多年冻土区路基变形特征分析

为探讨东北高纬度岛状多年冻土区路基路面病害原因,对漠北公路沿线冻土路基不均匀沉降变形状况进行了分析。基于漠北公路沿线不同冻土条件和工程措施下各层土体沉降变形状况,探讨路基沉降变形主要发生的土层部位、路基沉降变形破坏原因等。分析结果表明:路基施工完成后早期路基变形较大,主要由工后不均匀沉降变形引起,变形部位主要发生在原天然地面下季节活动层;由于运营时间较短,由多年冻土融化引起的沉降变形很小。路基沉降变形主要发生在暖季,在冷季(11月～次年6月)路基基本保持稳定,变形很小。路基整体变形状况与冻土含冰量、冻土地温有一定的关系。高温多年冻土区比低温多年冻土区变形大。     

青藏公路多年冻土区片、块石路基试验工程及应用研究

多年冻土区修筑公路等建筑物后,改变了多年冻土地表的冻土水热条件,造成多年冻土融化,路基失稳,导致一系列的公路病害.片、块石利用多孔介质自然对流传热和热屏蔽特性,有利于保护冻土,保持路基稳定性.在研究片、块石路基作用机理的基础上,根据青藏公路K3005 500～K3006 450路段修筑试验工程,分析片、块石路基的工程效果.通过对观测地温数据的分析认为,片、块石路基有效改善了多年冻土区路基下热状况,是一种有效保护多年冻土的工程措施.     

公路工程冻土类型划分研究

在总结分析国内国外已有冻土分类方案的基础上，针对中国现行公路工程冻土分类标准中存在的不足之处，结合目前对青藏公路沿线多年冻土研究的最新成果，提出了以多年冻土含冰特征与多年冻土年平均地温的综合指标－冻土热稳定性为基础的公路工程冻土类型划分方案，并对所划分出的三种冻土类型给出了相应的冻土路基设计原则。     

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。     

高纬度多年冻土区漠北公路路基变形特征分析

通过漠北公路沿线各试验段不同冻土条件和工程措施下各层土体沉降变形状况,分析东北高纬度岛状多年冻土区路基沉降变形主要发生土层部位及其破坏原因。分析结果表明:路基施工完成后早期路基变形较大,主要由工后不均匀沉降变形引起,变形主要由原天然地面下季节活动层的沉降压缩变形等引起,由于运营时间较短,由多年冻土融化引起的沉降变形很小。路基沉降变形主要发生在暖季,在冷季（11月~次年6月）路基基本保持稳定,变形很小。路基整体变形状况与冻土含冰量、冻土地温有一定的关系。高温多年冻土区比低温多年冻土区变形大。     

基于冻土特征的青藏公路路基病害分析

为分析青藏高原多年冻土特征对青藏公路路基病害的影响,在对青藏高原多年冻土特征进行研究的基础上,讨论了青藏线路基病害类型与形成机理。研究得出:青藏线路基的主要变形形式为不均匀沉陷变形;地温对冻土区路基纵向裂缝的影响显著;青藏沿线路基沉陷病害的百分比随着地温的降低先增大后降低;翻浆病害的百分比随着温度的降低而减小。     

不同填筑材料对公路路堤热稳定性影响的数值分析

为了对比分析块石和普通填土作为路堤填筑材料时路堤结构的热稳定性,以S308线伊尔施至柴桥段公路工程作为研究背景,通过数值模拟建立了考虑冰水相变的冻土路基传热模型,计算了项目完成后20年内路基的温度场,给出了两种填筑材料路基结构的地温变化和多年冻土上限变化.结果表明:填筑层为普通填土时,路基下多年冻土上限不断降低,融化夹...     

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。     

青藏公路典型路基病害影响因素分析

为研究青藏公路典型路基病害与多年冻土特征和路基高度之间的关系,根据青藏公路历次病害调查和勘探资料,开展统计研究。研究结果表明:沉陷、波浪病害随年平均地温的升高呈先增大后减少的趋势;随路基下伏多年冻土含冰量的增加而增大,含土冰层区相比饱冰冻土区沉陷、波浪病害会有一定量的减少;路基沉陷病害随路基高度的增加而减少。路基下伏多年冻土融化是产生纵向裂缝的根本原因,纵向裂缝病害随下伏多年冻土含冰量及路基高度的增加而增大。     

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.     

青藏铁路多年冻土南界路基地温特征分析

选取青藏铁路多年冻土南界典型断面,分析路基地温在运营阶段的变化特征,并对温度场可能的变化趋势进行推测:认为冻土区南界填筑路基影响了冻土天然地温场,使人为上限降低,并造成阴阳坡的温度场不均.因此,需要采用一定的补强措施来保障铁路的安全运营.