多年冻土地区填方路基温度场分布特征

针对多年冻土地区填方路基温度场对路面结构稳定性的影响,建立路面结构有限元数值模型,从填方路基高度、季节变化、地温条件、"阴阳坡"效应4个方面对多年冻土地区填方路基温度场分布特征开展研究。研究表明:坡脚处不同深度位置温度均随时间增长而呈周期性增长,其中0~5年时间内温度增长速率较快,前5年年均增长率约为3.2%~3.5%,第5年之后,温度增长变缓,增长速率约为0.8%~1%;10月的路基外天然地面达到最大融深,路面下融化盘达到最大,路基体处于最不利状态。第5年开始,未回冻融化夹层明显向阳坡侧偏移,普通路基融化盘呈扁平状,阴阳坡路基融化夹层则沿阳坡方向呈长条形;"阴阳坡"路基由于路基两侧温差较大,改变了传统"凸"形融化盘形态,融化峰面阴坡侧高、阳坡侧低,形成了天然滑动坡面,滑动面起于阴坡融化峰止于阳坡坡脚融化盘,10月的融化面处于最不利季节,对路基稳定性造成威胁。研究表明在多年冻土地区路基选择和修筑时,应充分考虑温度场变化对路基及底部多年冻土的影响,填方路基高度要有合理控制区间,考虑"阴阳坡"效应对路基稳定性的影响,做好路基阳坡面的防护措施,研究结果对多年冻土地区公路工程修筑提供参考。     

多年冻土区宽幅沥青路面结构层温度场的分布规律及影响

多年冻土区沥青路面的吸热量与幅宽密切相关,不同幅宽沥青路面温度场的分布规律存在一定的差异,根据青藏公路楚玛尔河宽幅路面试验场地的观测数据,对两种不同幅宽路面结构层温度场的分布规律进行了对比分析。研究表明:宽幅路面结构层温度场表现出更为显著的热效应,各结构层温度受季节影响较大,阴阳坡效应显著,温度梯度与沥青路面表层的换热方式有密切关系,由于路面温度场的差异,宽幅沥青路面对下伏冻土路基的影响更为强烈,需在今后冻土设计中引起足够的重视。     

沥青路面温度场的分布规律

路面结构持续经受着各种环境因素的综合作用,这种作用的结果集中体现为路面温度场的复杂分布。深入地研究了环境因素对路面温度场的影响机制和路面温度场的分布规律后发现,气温和太阳辐射强度是影响沥青路面温度场的主要因素,二者对沥青路面温度场的影响具有累积性和滞后性的特点。通过对我国多个地区路面温度实测数据和气象资料进行回归分析,建立了以气温、太阳辐射强度和路面深度为主要输入参数的沥青路面温度场预估模型。     

乌鲁木齐城市道路粗粒土路基温度分布规律

以乌鲁木齐市天山区典型城市粗粒土路基温度场的监测数据为基础,建立路基温度场的预估模型,研究城市道路路基温度变化规律及绿化带对路基温度的影响程度。结果表明：路基温度随时间的变化服从余弦函数分布;曲线峰值出现的时间随着深度的增加存在滞后性;绿化带的存在对路基温度场的分布规律具有一定程度的影响。     

多年冻土地区的公路路基温度场研究

以青藏公路为研究对象,采用数值计算方法模拟其多年冻土区路基温度场,对冻土路基温度场的影响因素及其分布进行了分析。最终得出以下结果,路基温度场数值模拟表明,自然上限在第一年为1. 81 m,相对于低路基而言,此时高路基形成冻结核,路基内形成融化楹,随后开始冻结天然地表,边坡和路面的地温高于天然地表,会出现滞后现象。人为上限受边坡影响较小,在寒区道路工程中,边坡坡度不是影响路基热稳定性的主要因素。当修筑完成保温护道后,将会进一步增强天然地表受热面,如果天然地表的温度低于保温护道表面年均温度时,就会增大年平均地温差值。在深度相同时,阳坡土体温度大于阴坡,在路基横断面,冻结线为倾斜的非对称分布。     

大气作用下非饱和黄土路基湿度变化及影响因素研究

以西北地区的黄土路基为研究对象,以夏秋季节大气作用下的降雨—蒸发作用对路基湿度场、温度场以及变形的循环作用机理为研究目的,采用室内物理力学试验、人工填筑模型试验等多种研究方法,详实展开了降雨—蒸发循环作用下非饱和黄土路基土体含水率、温度、孔隙水压力以及变形的动态响应规律和稳定性研究;并对不同大气作用下,路基土体湿度场、温度场以及横向变形的变化规律和影响因素进行分析。发现非饱和黄土路基边坡在降雨入渗过程中,对应着一个临界入渗强度,路基边坡的表层土体含水率的变化比较明显,中雨对路基土体湿度变化的影响深度最大,路基不同位置土体含水率受到影响的程度不尽相同,非饱和黄土路基中水分的入渗速度要大于蒸发速度。     

实测沥青路面温度场分布规律研究

通过在实体工程中埋设温度传感器,以准确获得环境因素作用下的沥青路面温度场分布情况。根据大量的实测沥青路面温度场数据,对不同气温和气候条件下沥青路面温度场的分布规律进行了深入系统的分析和研究。对高温期温度场数据针对性分析后发现,路面温度与结构层深度之间具有良好的相关性并建立了相应的关系式,以此可预测结构层任何深度处的路面温度,为研究夏季高温条件下沥青路面的抗车辙性能提供了依据。     

多年冻土路基融沉数值模拟

为考察多年冻土路基在温度变化下的融沉问题,建立了相应的有限元模型。通过选取典型断面,在青藏公路实测数据的基础上进行了路基温度场计算模拟,其结果为后续的路基融沉提供了温度场-力学耦合计算的前提。路基融沉计算模型在导入温度场后,分别进行了自重作用和温度作用下的融深对地基沉降变形影响的计算。结果表明,不同的冻土融深对沉降变形影响不同。多年冻土地区修建公路,应采取措施保护冻土上限,减小路基融化深度。最后,在融沉计算的基础上提取了相应的融沉曲线回归式。     

多年冻土地区路基温度场的数值模拟研究

本文以五道梁地区典型路基为研究对象,对多年冻土地区路基温度场进行数值模拟,研究了不同上垫面类型对路基温度场的影响。结果表明:季节冻结过程的特点主要是单向冻结和双向融化,上边界负温变化大而下边界正温变化小,冻深主要受上边界制约。季节融化过程特点则是单向融化和双向冻结,上边界为正温变化大,下边界为负温变化小,同样主要受上边界制约。位于多年冻土地区的水泥路面结构可把路面的年均温度降低到2.2℃左右。受全球气候变暖的影响,路基各边界处年均温度均呈现上升的趋势,各边界升温速率从快到慢排序依次为:沥青路面、水泥路面、阳坡、天然地面、阴坡。     

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。     

列车荷载作用下路基结构动力响应分析

针对秦沈客运专线场地条件,采用有限元-无限元相结合的手段,建立列车荷载作用下路基结构动力反应的有限元数值模型,分析了列车荷载作用下,路基动力响应的分布规律,并探讨了列车速度对路基振动反应的影响规律。结果表明:路基土中竖向动应力幅值随深度增加而迅速衰减;随着列车速度的增加,路基顶面的动应力幅值呈增加趋势;列车荷载对轨道路基的影响主要体现在基床部位,因此对于高速铁路需要对其进行加强。所得结论,为铁路路基设计和加固提供了理论依据。     

水泥混凝土路面下路基工作区深度确定方法的探讨

通过讨论原路基工作区深度确定方法的局限性及应用于水泥混凝土路面时的不合理之处,提出以荷载作用于水泥混凝土面板不同荷位时的路基应力比（板角、板边时的路基应力与板中时的比值）作为水泥混凝土路面下路基工作区深度的控制指标。采用有限元方法,讨论了路基应力扩散特征和工作区深度,给出了路基深度0.8m处的应力比取值范围。结果表明：不同轴型（单轴、双轴和三轴）及不同公路等级的路基工作区深度变化在0.65～1.55m之间,原0.8m的路基工作区深度已不能完全满足现在路面结构和轴荷条件下的情况。在综合考虑轴荷、路面结构和公路等级基础上,推荐了路基工作区深度值。     

季冻区路基冻胀置换深度的计算方法

为防止季东区公路路基产生冻胀病害,依据试验和观测结果,分析了路基土冻胀量沿冻深的分布规律。基于路面容许变形值,通过对观测数据的数理统计分析,提出了水泥混凝土和沥青混凝土路面的路基容许冻层厚度计算方法。最后,提出了半经验、半理论的公路路基置换深度计算方法。采用这种方法,简化了路基置换深度的计算过程,可以方便地推荐出不同条件下路基的置换深度。论文研究成果为季冻区公路路基设计及路面冻害的防治提供了理论依据及实用的设计方法。     

基于路基路面协调变形的水泥混凝土路面设计研究

采基于路基路面协调变形,建立三维有限元分析模型,并对典型水泥混凝土路面结构的荷载应力进行计算。采用正交试验设计的方法对路面设计参数进行组合,系统分析了设计参数对路基路面应力响应的影响。结果表明,对于水泥混凝土路面,在路面设计参数中,仅有路基回弹模量对路面板拉应力与面层板厚度对路基应力具有显著影响。因此,可将路面厚度和路基回弹模量设计作为水泥混凝土路面设计重点。基于不同路面板厚度下路基工作区深度,可将交通荷载影响区加深至1．5m。基于不同路面板厚度、路基回弹模量和不同轴载对水泥混凝土路面板疲劳寿命影响规律,在重载交通条件下,应该增加路面厚度和增强路基。考虑经济因素并结合以上分析,建议水泥混凝土路面厚度宜取28—30cm,路基回弹模量宜介于40-80MPa之间。     

沥青混凝土导温系数现场测定的峰值梯度法

建立路面温度场的一维瞬态热传导方程,通过分离变量法找到满足方程的傅立叶级数,获得在已知界面温度时一维层状体的瞬态温度分布.实测路面温度场数据,采用峰值梯度法反算路面材料导温系数.模拟路面降温过程中路面温度沿深度单调变化时,傅立叶级数解前50项就能够达到0.01℃的精度.对实测数据分析结果表明：峰值梯度法可以避免将不同温度传感器温度数值直接比较,结果较差分直接反算方法稳定.     

半刚性基层沥青混凝土路面温度场有限元分析

通过对基层温度的长期观测,获得了温度随时间的变化规律和温度随深度的变化曲线。利用ANSYS有限元软件对半刚性基层沥青路面计算所求出的数值解与实际值进行对比分析,发现其能够很好地反映路面结构的温度分布状况;路面表面温度同基层顶面最高或最低温度的出现存在时间差,路面到达一定深度范围内,温度随时间变化基本保持一致。     

闽南地区冬季隧道复合式路面结构温度分布规律研究

基于闽南地区隧道工程项目实例,运用有限元软件分析了冬季条件下隧道复合式路面结构的温度分布规律。研究结果表明:随着洞内纵向深度和路面结构深度的增加,各结构层温度日变化幅度逐渐减小,变化相位有滞后现象,洞口与洞内90 m处沥青面层表面温度日变化幅度相差6.51 ℃,结构深度36 cm处日温度最低时刻滞后2 小时,洞口处沥青面层表面与结构深度36 cm处温度日变化幅度相差8.03 ℃,日最低温度滞后10 小时;路面结构温度随隧道纵向深度变化分成洞口不稳定段和洞内稳定段,且随着结构深度的增加,洞内温度不稳定段长度逐渐减小,沥青面层表面与结构深度36 cm处不稳定段长度分别为30 ,20 m,长度减小10 m。     

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。     

车辆动荷载作用下黄土暗穴对路基稳定性影响的数值分析

针对车辆动荷载作用下黄土暗穴对路基稳定性的影响,运用有限元方法对其进行了动力响应分析。分析中将车辆通过时路面所承受的动荷载简化为落锤式弯沉仪(FWD)产生的动态冲击荷载,考虑了路面的实际结构体系以及车速、洞径、埋深和偏移距离等主要因素的影响。找出了临界洞室埋深随洞径和偏移距离变化的规律,并确定出了路基下伏暗穴治理范围,同时对动、静荷载效应进行了对比分析。结果表明:在实际计算中,可以将静载乘以某一“放大系数”作为计算荷载进行拟静力分析。     

黄土路基压实标准研究

为从理论上确定黄土路基的压实标准,首先确定以路表弯沉和路基顶面压应变作为受路基压实标准影响的沥青路面设计指标,根据半刚性基层沥青路面力学分析获得的路基内部压应变分布以及在试验路测得的行车荷载作用下路基内部的压应力分布将整个路基分为距路基顶面0~80 cm的路床和路床下路基两部分,通过分析路基回弹模量对于路面结构层厚度的影响确定了路基不同深度处的回弹模量要求,并试验研究了压实度对于压实黄土的回弹模量和浸水后附加压缩变形的影响。最后,结合路基不同压实区域划分、路基回弹模量的要求、压实度对于黄土力学性质的影响提出以回弹模量和压实度双控的黄土路基压实标准。