青藏铁路碎石护坡路基长期效果分析

采用碎石护坡路基是多年冻土地区主要的工程处理措施。本文依据2003—2011年青藏铁路楚玛尔河地区碎石护坡路基的地温及沉降数据,对其长期效果进行分析。结果表明:采用碎石护坡路基能有效冷却地基和保护多年冻土,路基下地温总体上呈现降低趋势,竣工后2年内冻土人为上限有明显抬升,2005年以后上限基本稳定,冻土路基逐渐呈现出热稳定状态;碎石护坡对于减少路基阴阳坡的地温差异有显著作用;碎石护坡路基填筑完成后,其前期沉降较大,后期逐渐减小,2007年以后每年的沉降量均在10 mm以内,路基呈现出长期稳定状态;碎石护坡施工对铁路运行影响小,故对于冻土铁路可采用碎石护坡措施进行路基补强。     

青藏铁路高含冰量冻土地段路基设计

针对青藏铁路多年冻土分布特征及路基工程的特殊性问题,详细论述了高含冰量冻土地段路基设计原则,各种不同综合地质条件下采取的工程结构、处理措施。实践证明,青藏铁路多年冻土地区路基工程沉降变形稳定可控,多年冻土路基片石气冷、碎石护坡、热管、排水、以桥代路等多年冻土路基工程成套工程技术措施安全可靠。     

青藏铁路开放边界块碎石类路基速度场和温度场特征非线性分析

针对青藏高原多风的特点及其气温和地质条件,在考虑全球变暖的条件下,研究青藏铁路开放块碎石夹层路基和开放块碎石护坡路基的速度场及其在未来50年的温度场变化特征。结果表明,在外界风的作用下,两种块碎石路基的道砟层和块碎石层内的对流换热方式以强迫对流为主;在年平均气温为-4.0℃,考虑未来50年青藏高原气温升高2.2℃条件下,这两种路基结构均能不同程度地抵消气候变暖和铁路建设所带来的负面影响,对其下部多年冻土起积极保护作用,但开放块碎石夹层路基的降温效果好于开放块碎石护坡路基,而且还发现在铁路运营50年后开放块碎石护坡路基内部将出现终年融化夹层,这一问题应引起设计与施工部门的重视,以采取相应的措施来维护这种冻土路基的多年稳定。     

青藏铁路多年冻土区路基人为上限的变化特点及其与稳定性的关系

结合片石气冷加碎石护坡组合路基、片石气冷路基、碎石护坡路基、热棒路基及普通素土路基等结构形式地温和变形的现场监测数据,对青藏铁路多年冻土区路基人为上限的变化规律、形态特点和类型进行分析。结果表明,青藏铁路多年冻土区路基的人为上限形态类型为人为上限升入路基本体的A型和人为上限升入基底土层中的B型,且路基人为上限的变化已基本趋于稳定;随着时间的推移,路基的沉降也逐渐趋稳;路基累计沉降量与路基高度成正比而与人为上限的上升值成反比。     

青藏铁路多年冻土区长期监测系统的研究与应用

研究目的:青藏高原多年冻土区现存的地质地貌形态是经过漫长的地质历史时期形成的,部分多年冻土区的年平均气温相对较高,冻土厚度较薄,热稳定性较差,冻土的稳定性直接关系到上部工程结构的稳定性和耐久性。研究和掌握多年冻土环境变化对工程结构稳定性影响的途径和方法,可以了解青藏铁路沿线多年冻土区气候变化情况和气候影响下的冻土发展趋势,为青藏铁路制定工程防治措施提供依据。研究结论:(1)通过对近几年的监测数据分析来看,青藏铁路长期监测系统运行良好,监测数据真实可靠,能够作为青藏铁路冻土区工程稳定性评价的依据;(2)利用长期监测系统对多年冻土路基地段进行了多年连续监测,发现了出现较大沉降变形冻土路基的环境特征以及沉降机理、据此拟定出着眼维持路基状态、改善路基系统水热条件、缓解人为上限下降、减缓路基沉降速率的工程补强措施;(3)通过长期监测系统对桥梁、涵洞断面的监测和分析,认为多年冻土区桥涵基础目前整体上是稳定的。     

青藏铁路楚玛尔河地区复合路基地温状况分析

青藏铁路楚玛尔河地区广泛应用了片石气冷及碎石护坡复合路基结构,根据该地区复合路基与一般路基实测地温资料,对比分析了复合路基与一般路基的地温状况,研究2种路基结构保护多年冻土的效果。结果表明:(1)一般路基地温场整体向不利于冻土路基稳定的趋势发展,难以起到全面保护多年冻土的作用;(2)复合路基在降低地温和维护地温场对称性方面都具有显著效果,能主动冷却冻土路基,很好地保护多年冻土。     

高原冻土铁路路基温度特性的有限元分析

由于铁路道碴铺层的对流换热为多孔介质的热传导问题,为解决青藏铁路路基温度场的计算,本文根据多孔介质中流体热对流的连续性方程、动量方程和能量方程,引进流函数并应用伽辽金法导出了多孔介质对流换热的有限元公式,并对普通道碴路基、抛石护坡路基和抛石路基的温度场进行了分析比较。计算结果表明,普通道碴路基的修建将使路基下冻土的温度升高,使冻土路基出现热不稳定。抛石路基和抛石护坡路基均能降低冻土路基的温度,向路基提供冷能,但抛石路基耗费石料较多,而抛石护坡路基所需石料相对较少,成本较低,因此大力推荐该种路基结构作为青藏铁路高温冻土区的路基结构,以便最大限度地保护冻土路基。     

青藏铁路片石层表面开放与封闭的片石气冷-碎石护坡组合路基降温效果试验研究

为了维持多年冻土区路基的稳定,青藏铁路部分路段采用片石气冷—碎石护坡组合路基主动保护多年冻土。为考察片石气冷—碎石护坡组合路基片石层表面被风沙和积雪等封闭后,其降温效果是否失效,基于青藏铁路清水河地区片石气冷—碎石护坡组合路基2个测试断面、2个冻融循环的地温监测资料,研究片石层表面开放与封闭对片石气冷—碎石护坡组合路基降温效果的影响。结果表明：片石层表面封闭的片石气冷—碎石护坡组合路基及其基底平均地温比片石层表面开放的片石气冷—碎石护坡组合路基低0.16-0.23℃,负积温值封闭比开放大115.32℃.天,最大融化深度抬升幅度封闭比开放大0-0.4 m。说明片石层表面封闭的片石气冷—碎石护坡组合路基较开放的更有利于保护多年冻土,维持路基稳定;当片石气冷—碎石护坡组合路基片石层表面被风沙等封闭后仍具有良好的降温效果。     

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。     

严寒地区铁路路基冻融沉降数值模拟研究

严寒地区铁路路基地处冻土区域,受温度等因素的影响易产生路基沉降变形。以严寒地区某铁路典型路基断面为研究对象,利用Midas有限元数值分析软件,在考虑季节性冻土结构性、冻融循环的基础上建立了冻融循环和列车动载耦合作用下的路基沉降预测模型。根据冻融循环期,将模型划分为若干个过程进行模拟分析,实现了季节性冻土体力学特征值的动态控制,为沉降变形计算提供依据。