青藏铁路路基下多年冻土演化特征及规律研究

通过对青藏铁路多年冻土区长期监测系统多年来的大量实测数据进行分析,研究了青藏铁路路基下多年冻土演化特征及规律。研究结果表明:青藏铁路沿线气温逐年升高,降水量、冻结指数和融化指数逐年增大,暖冬现象明显,地表温度年升高率达到0.06℃/年;沿线多年冻土区2007—2013年间冻土天然上限下移的达91%,不同深度处的地温整体处于升温状态;青藏铁路路基下多年冻土也发生了升温退化,在2007年冻土人工上限相对原天然上限均抬升的占81%,路基下多年冻土退化明显滞后于天然场地;片石路基、热棒路基等主动降温措施效果明显,保证了青藏铁路多年冻土路基工程的稳定。     

青藏铁路多年冻土区超过上临界高度路堤的分布及特征

为明确路堤高度对青藏铁路多年冻土区稳定性的影响,通过对沿线多年冻土区中融区路堤冻结深度和冻土区路堤监测断面实测地温监测数据的分析,研究青藏铁路多年冻土区路堤的地温特征和变化规律。结果表明:青藏铁路多年冻土区沿线路堤的临界高度是不一致的,在多年冻土区腹地的越岭地段,其年平均气温和地温均较低,冻土环境相似,路堤的上临界高度为7 m左右,在地势相对较低、气温和地温相对较高的其他地貌单元中,路堤临界高度则相对较低;青藏铁路多年冻土区高于上临界高度的路堤主要分布在昆仑山、风火山、唐古拉山等山区地貌单元中。     

青藏铁路路堑地基下多年冻土演化规律研究

根据青藏铁路长期监测系统地温观测资料,选取2个典型路堑监测断面,研究路堑地段多年冻土不同深度处地温、多年冻土人为上限变化特征和地温演化规律。结果表明:青藏铁路路堑地段天然状态下多年冻土处于升温退化状态,地表以下2. 5 m处升温速率约为10. 0 m处的2. 5～3. 0倍,多年冻土自上而下的退化趋势明显;在全球气候变暖影响下,青藏铁路路堑地段地基多年冻土人为上限埋深均加深,多年冻土发生退化,且路堑堑底人为上限变化与天然孔基本一致; 2个断面左右侧堑底较天然场地地基多年冻土升温速度快,退化更严重,且左右侧差异极为明显。     

青藏铁路多年冻土区热棒路基温度场三维非线性分析

高温高含冰量的多年冻土地段,极易受外部条件的扰动而发生变化。针对此类冻土的特征,提出了热棒路基。根据带相变热传导有限元方法,对普通路基、热棒路基在未来50年青藏铁路沿线气温上升1.0℃情况下的温度场进行了预报分析和比较。计算结果表明,在年平均气温为-3.5℃或年平均地温为-1℃的地区,在青藏铁路50年的使用期内,普通路基在气温升高条件下路基下伏冻土都将发生融化,路基将会产生较大融沉变形,不能保证青藏铁路路基的稳定性。热棒路基具有主动冷却的作用,可以更好的保护冻土。路基计算结构表明,在未来50年气温上升1.0℃的条件下,在年平均气温为-3.5℃或地表温度为-1.0℃的青藏铁路沿线多年冻土地区,热棒路基可以抵消气候变暖的影响,可以保证路基下伏冻土不发生融化,从而可以保证路基的稳定性。     

青藏铁路多年冻土地区热管路基三维数值分析

考虑多年冻土中水的相变,采用有限元进行热管保护多年冻土路基效果的三维数值分析。分析结果表明,热管能大幅度降低路基土体的温度,提升路基冻土上限,增大路基抵抗外界温度变化的能力,保证路基的长期稳定。考虑路基工程所在冻土区段气候和冻土条件,研究热管的有效影响范围,得出结论:热管的有效冷却半径为1 7m左右;在年平均气温为-5 2℃,冻土年平均地温为-1 0℃以上的高温冻土区,热管埋设间距宜取2 8～3 3m,可抬升路基冻土上限0 6～0 8m;在年平均气温为-6 3℃,冻土年平均地温低于-2 0℃的低温冻土区,热管埋设间距可加大到3 3～3 8m,路基冻土上限可抬升0 8～1 2m。     

青藏铁路工程走廊多年冻土对全球气候变化的响应

针对受全球气候转暖影响青藏铁路沿线年平均气温逐年上升的环境变化,基于青藏铁路沿线不同区域内多年来的气象及地温监测资料,进行青藏铁路工程走廊气候要素演化及多年冻土对全球气候变化响应的研究。结果表明:青藏铁路工程走廊内气温基本以年均0.03℃的速度升高;年降水量大部分在250~450mm之间,且呈波动增大变化趋势;冻结指数和融化指数逐年增大,暖冬现象明显;地面温度升温速率达0.06℃·年-1,是气温升温速率的1.34倍;沿线多年冻土区2007年至2013年间天然上限抬升的仅占9%,而天然上限下降的占91%;地基多年冻土不同深度处地温均在升高,距离上限较近的地温升温速率普遍最大,多年冻土退化主要为自上而下;唐古拉山以北多年冻土退化较唐古拉山以南明显。     

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。     

青藏铁路多年冻土区普通路基地温监测及其预测分析

青藏铁路多年冻土区局部地段以普通路基形式通过,其稳定性与铁路的正常运营密切相关。2002～2003年在北麓河布置了普通路基试验段,用于监测路基的温度状态。基于监测资料,分析路基边坡温度变化过程、路基及下部土体温度场分布以及进入多年冻土的热流量。结果表明,阳坡面年平均温度比阴坡面高2.9℃,阴坡面温度年较差比阳坡面大2.2℃。受地表温度边界条件控制,路基阳坡下土体融化深度明显大于阴坡,且路基下部土体处于升温状态。路基下部土体不同部位主要表现为吸热强度逐年略有减小的吸热状态。模拟计算50年气温升高1℃条件下路基温度场,结果表明50年后路基冻土上限下降明显,并且冻土温度主要介于0～-0.5℃之间。     

冻土铁路涵洞施工对地基土地温的影响

通过对青藏铁路沱沱河试验段2座试验涵洞进行地温现场监测和观测数据的分析,研究适合青藏高原特殊施工环境的涵洞施工工艺、最佳施工季节、施工对多年冻土的影响以及沿涵洞轴向多年冻土上限的变化特征。研究表明:涵洞施工选择在寒季且选用预制基础,对冻土的热扰动较小;受涵洞施工热扰动、路基填土储热以及涵洞过水等的影响,建涵初期涵洞下多年冻土地温升高,且有部分融化现象;由于涵洞的通风与遮阳作用,涵洞下多年冻土近地表地温的变化特征与天然地面下有明显的不同,涵内浅层地温对气温的响应比天然地面相应深度迟缓,浅层地温年波动幅度逐渐减小,尤其在夏季正温波动幅度明显减小,同时沿涵洞轴向不同部位地温变化特征也有所不同,涵身地基地温正温波动幅度小于进出口,而负温波动幅度大于进出口,与此相应,涵身冻土的人为上限一般也高于洞口,说明路基和涵洞具有保温隔热的作用。     

青藏铁路安多段抛片石路基温度与变形规律分析

介绍青藏铁路安多段冻土路基稳定性监测工程的监测方案、技术关键,通过对2个冻融周期内冻土融化深度、地温变化规律、冻土多年上限、冻胀板变形的分析,发现多年冻土上限上移,地温波动滞后于气温波动,上限附近地温基本不变且呈负温,有利于多年冻土的保护,说明抛片石路基起到了积极作用,为评价高原、高寒、冻土地区路基稳定性提供可靠依据;对青藏铁路的运营、维护具有重要的现实意义。     

多年冻土路基工程技术探索与实践

简要总结了自上世纪六七十年代以来青藏铁路多年冻土路基工程技术探索与实践过程,认为青藏铁路多年冻土路基设计应以冻土地基稳定为核心,依据冻土年平均地温、含冰量、不良冻土现象及水文地质等,考虑全球气温升高及其他因素的影响,以科学试验为指导,采取主动保护冻土的措施动态设计,为列车快速通过高原提供技术保证。     

厚层地下冰地段桥梁钻孔灌注桩基础试验研究综述

综合近 3 0年来国内工程冻土学界对多年冻土地区 ,尤其是青藏高原多年冻土区桥梁桩基研究的成果 ,评述冻土区桥梁灌注桩工作原理及承载力计算方法。结合现场桩基回冻过程地温场变化测试数据 ,对桩基承载力的影响因素、施工工艺提出建议。     

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。     

青藏铁路冻土区路基工程技术措施的探讨

简要介绍青藏铁路多年冻土区各类路基工程措施,并强调全球范围内气温升高将改变青藏高原多年冻土的环境。为了应对高温冻土和全球变暖的严峻挑战,必须改变以往沿用的消极被动保护冻土的方法,而采用积极主动保护冻土的工程措施即冷却地基的方法。介绍新的地温调控原理和技术,采用能冷却地基的新的路基结构形式,以确保路基工程的长期稳定。     

青藏铁路风火山隧道设计难点探讨

研究目的：青藏铁路风火山隧道处于高海拔、高寒及冻土的特殊环境中，这使得隧道的设计面临着许多特殊的问题，如冻融圈的控制、冻胀力的作用、防排水设计等问题，解决以上问题是风火山隧道成功修建的关键。 研究结论：文章通过对风火山隧道主要技术问题的分析，探讨在高寒、高海拔及冻土地区隧道设计的思路和方法，为今后类似工程的修建提供借鉴。多年冻土隧道的主要设计思路是围绕着“保护冻土”的要求采取了隧道隔热保温技术、复合防冻胀技术及综合防排水设施，有效控制冻融圈的范围，消除产生冻胀和冻害的根源。     

多年冻土区铁路运营初期路基工程状态研究

研究目的:由于温度和水分的介入以及运营条件的诱发,使运营期间冻土路基工程状态的研究变得更为复杂。通过对运营初期多年冻土路基工程状态的现场调查和监测,从路基变形、地温变化、水热环境三个方面研究运营初期多年冻土区路基的工程状态,提出路基裂缝病害的解决措施,为铁路安全运营和养护工作服务。研究结论:(1)多年冻土区路基工程在运营初期,路基变形总体呈衰减趋势,已经趋于稳定。(2)路基大多数断面多年冻土上限上升和上限形态趋于稳定,地基冷储量增加,多年冻土上限上升是在降低土体温度的基础上实现的。(3)路基工程状态变化首先是地温场的变化改变了发生变形的土层位置和厚度,同时地温场的不对称造成变形差异,诱发裂缝发生,水热环境的变化导致裂缝发展。(4)采用热学不对称的路基结构,能减缓上限形态的不对称性,从而减小路基横向差异变形,抑制路基工程裂缝的发生和发展。     

高原融区和多年冻土过渡路段涵洞地基试验研究

运用现场测试方法,对青藏铁路两座拼装式涵洞的基础变形、地基土地温及洞口气温的测试结果进行分析,研究多年冻土区涵洞工程对冻土地温状况、冻融过程、冻土上限变化的影响以及涵洞基础的冻融变形特征。结果表明:多年冻土地区修建涵洞工程后,气温对地温的影响增大,致使涵洞下原多年冻土上限附近地温波动明显,地温年变化深度增大;由于场地冻土条件及地温场沿涵身的变化,涵洞基础变形沿涵身表现出明显的不均匀性。     

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。     

冻土试验方法浅析

冻土是温度低于0℃且含有冰的土岩。而多年冻土在两年或两年以上都处于冻结状态,只有表层几米的土层处于夏融冬冻的状态。在多年冻土地区的主要工程地质问题有融沉、冻胀等不良地质现象。以东北大兴安岭地区的冻土试验工作为例,分别对冻土的总含水量试验、密度试验、融沉压缩试验几项作了细致的总结分析,特别是融沉压缩试验从开土制件、试验过程、重塑冻土试验结果分析及试验中所应注意的事项一一作了详细介绍,并对冻土在取样及试验室保管过程中怎样才能保证冻土的天然状态不受破坏,提出了自己的一些看法。     

青藏铁路冻土工程有关问题的探讨

冻土是一种特殊的土体，有着不同于普通土的许多特点。多年冻土的季节融化层每年都要发生季节性的冻融过程，并伴随着发生各种不良冻土地质现象，产生一系列的工程问题。融沉、冻胀和不良冻土地质是多年冻土区筑路工程最主要的问题。对青藏线多年冻土区各类路基工程措施进行了讨论和介绍，并强调全球范围内气温升高将改变青藏高原多年冻土的环境。为了应对高温冻土和全球变暖的严峻挑战，必须改变以往沿用的消极被动保护冻土的方法，而采用积极主动保护冻土的工程措施，即冷却地基的方法，应研究开发新的地温调控原理和技术，采用新的路基结构形式，以确保路基工程的长期稳定。