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。     

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。     

基于压缩式制冷技术的多年冻土保护方法研究

冻土退化及路基融沉病害是中国多年冻土区交通工程面临的关键障碍.基于制冷技术,提出一种更具实时性和有效性的多年冻土保护方法.通过多年冻土制冷需求分析、制冷方法对比、驱动源供应方法分析,提出太阳能光伏驱动压缩式制冷的节能方案.设计一款路基专用的一体化制冷系统,并从资源性、技术性、经济性等角度论证其实用性.研究结果表明:压缩...     

多年冻土地区空心块通风路基应用效果及数值模拟

以空心块通风路基为研究对象,分析比较了空心块通风路基试验路与普通填土路基的热流密度、冻土地温以及冻土上限的变化过程,建立基于显热容法的有限元计算模型,对空心块通风路基长期调控效果进行预测,并与普通填土路基温度场进行对比分析.结果表明:空心块通风路基年平均热流密度为0.11 W·m-2,表现为放热状态,普通路基年平均热流密度为-0.91 W· m-2,表现为吸热状态;空心块通风路基在冷季时的散热量大于暖季时的吸热量,路面下3.0～3.5 m处年热量收支为1 414 kJ·m-2,在观测期内冻土上限提升了2.5m,降温效果明显;长期降温计算结果显示空心块通风路基能增加多年冻土层蓄冷量,增强路基下伏多年冻土层的热稳定性.     

多年冻土区路桥过渡段变形整治措施研究

针对青藏铁路K1297+055路桥过渡段多年冻土区路基沉降变形,通过现场调查、理论分析及室内试验,分析了路桥过渡段病害产生的成因,采用在桥台台背回填片石的技术措施,并对变形和地温进行监测。结果表明：实施整治措施后的最终沉降量为14.7～15.8 mm,达到规范要求,且地层多年冻土上限较措施前减小约1.5 m,有效提高了路基整体稳定性。     

片块石路基在高温多年冻土区降温效果研究

片块石通风路基是一种典型的冷却路基的工程措施,为研究这种路基在高温多年冻土区的降温效果,进行了现场实体工程试验。试验结果表明,片块石路基可以产生对流换热机制,具有降温能力,有利于提高高温多年冻土区路基的热稳定性。     

震区岩质边坡稳定性现场监测试验

本文结合理县至小金公路(理县段)豹子嘴边坡灾后重建项目实际情况开展了边坡现场稳定性监测试验,监测期间区域范围曾发生3次4.8级以上的地震,根据监测结果得到以下结论:施工后坡面在经历2个月的变形衰减后,基本趋于稳定;该处边坡为反向结构面,地震还将对坡表岩体结构产生一个挤密的变形作用,利于坡表岩层的稳定;地震作用对边坡浅层...     

基于现场监测和数值模拟的公路边坡开挖方案研究

通过对广乐高速公路工程K102高边坡长期监测,利用现场监测数据修正ABAQUS计算模型,反算力学参数,依据此力学参数对边坡进行了不同开挖方案的数值模拟,研究了该边坡的最优开挖方案。研究结果表明:原现场开挖方案中的坡率不合理,不能控制边坡施工期间的变形和整体稳定性;放缓坡率开挖能有效地提高K102边坡整体稳定性,与原开挖方案相比,既安全又经济。     

公路风吹雪雪阻分布规律及雪灾形成机理研究

为探究白茫雪山防雪走廊段公路风吹雪雪阻的分布规律及其形成机理,利用自主研发的自动气象站对相关路段的雪深进行监测,并利用监测所得到的数据结合Google Earth图像从纵向和横向两个方面对防雪走廊段的雪阻分布规律开展研究。研究表明:在白茫雪山防雪走廊段,当道路成型、周边环境不变且风向相同的情况下,路面雪深分布规律是相似的;对两个典型的道路横断面进行雪深量测,研究表明两侧有一定坡度的半路堑,路面产生了严重雪阻;雪阻主要是因为降雪时间长、气温低、积雪不易融化,而道路两侧的地形地势和路侧植被、与主导风向垂直的公路走向、一定起伏的纵断面及以迎风半路堑和全路堑为主的横断面型式,加重了防雪走廊段雪阻灾害的程度。研究成果可为高寒雪灾影响地区的公路设计提供参考。     

现场摊铺沥青混合料特征与路面非均匀性预测研究

非均匀性是造成沥青路面早期损坏的一个重要原因,分析非均匀性的产生原因及影响因素对控制沥青路面的非均匀性具有重要意义.为了研究摊铺机后沥青混合料特征与路面上的各种非均匀性的关系,笔者首先根据现场摊铺沥青路面非均匀性特征及其原因,定义了沥青路面上出现的非均匀性类型;其次,在摊铺全幅路面上横向不同位置取料进行室内抽提试验,分...     

碎石层缓冲差异沉降模拟试验研究

为研究碎石层对差异沉降的缓冲性能,设计了模拟差异沉降试验箱,通过模拟试验验证了碎石层缓冲差异沉降的效果;在碎石层缓冲差异沉降机理分析的基础上,提出了二次松散系数的概念及计算公式,设计了碎石层二次松散系数测试箱,并分析了粒径大小、颗粒形状、内摩擦角与二次松散系数的关系。根据常见的沉降曲线形状推导了相应的碎石松散边界方程,并由此分析了影响碎石松散区域大小的主要因素。研究表明:碎石模拟试验箱的设计及试验是成功的;碎石层散体材料可以缓冲差异沉降主要是由于其具有二次松散的性能;二次松散系数随碎石粒径及内摩擦角增大而增大,且同粒径卵石的二次松散系数总是低于碎石;沉降最大值及二次松散系数是决定松散区域厚度的主要因素。     

开放表面透壁通风管路堤碎石的降温机理分析

为揭示青藏高原冻土区采用的透壁通风管增强开放边界路堤碎石的降温机理,对埋设水平透壁通风管的100cm×60cm×100cm碎石试样进行了室内试验。结果表明:透壁通风管开放路堤碎石存在4种传热过程,即通风管的管壁与管内流动空气的对流换热,外界大气通过路堤碎石开放边界与其内部孔隙空气循环引起的强迫对流换热,管内流动空气通过管壁的透气小孔与附近碎石层内的孔隙空气循环引起的强迫对流换热及路堤表面的热传导换热;当通风期间进入透壁通风管内的空气温度低于通风管周围碎石区域的温度时,路堤碎石通过开放边界及管壁透气小孔使外界冷空气与路堤碎石层内孔隙空气形成的循环运动能增强路堤碎石冬季冷空气引起的降温效果。     

水泥混凝土路面下碎石层缓冲差异沉降前后力学分析

在碎石层缓冲路基差异沉降的基础上,分析了碎石层变形缓冲前后支撑模量的变化,并提出了有限元计算模型,计算了水泥混凝土路面在均匀支撑、有碎石层差异变形缓冲调节后、无碎石层完全脱空等3种支撑状态下的挠度及应力。根据模型计算结果发现,碎石层不但可以从变形上消除路基出现的差异沉降,而且可以减小路面结构在差异沉降发生时产生的附加应力。     

级配碎石抗剪切性能试验研究

利用自行研发的柔性材料剪切性能测试仪,对级配碎石抗剪切性能进行试验研究,分析了级配碎石最大粒径、Taibol公式指数n值、含水量、密实度、侧压力、剪切速率等因素对级配碎石抗剪切性能的影响。研究得出,最大粒径不小于31.5mm、指数n值在0.5以下的级配碎石具有良好的抗剪切能力,控制试验剪切速率在5mm/min以下可以提高试验精度,级配碎石在最佳含水量时具有最佳抗剪切能力,保证密实度在96%以上可以明显提高抗剪切性能,增大侧压力可以明显提高剪切强度,而剪切位移存在最小值。结果表明,利用柔性材料剪切性能测试仪可以有效评价级配碎石的抗剪切能力。     

基于室内振动搅拌的水泥稳定碎石性能研究

振动搅拌技术可使水泥更好地分散在水泥稳定碎石混合料中,并且使混合料的强度得到一定程度的提高,从而增加了半刚性基层的路用性能,但是,水泥稳定碎石混合料的拌和设备是工地施工中的大型振动搅拌机,进行水泥稳定碎石配合比设计时尚无室内振动拌和设备可用,以致于无法准确分析振动拌和与非振动拌和水泥稳定碎石的技术指标。针对此问题,结合实际工程项目,对室内集料击振筛进行改装,以模拟水泥稳定碎石的工地生产振动拌和设备。通过一系列试验建立改装的室内振动拌和设备与工地振动拌和设备的等效关系。研究内容包括：室内振动搅拌机的原理与参数分析,室内振动搅拌的水泥稳定碎石配合比设计,室内与工地振动搅拌的水泥稳定碎石无侧限抗压强度对比等。研究结果表明：室内振动拌和的水泥稳定碎石配合比设计结果优于工地振动拌和的设计结果,而且水泥稳定碎石无侧限抗压强度大于工地振动搅拌机拌和混合料的抗压强度;根据试验结果得出了改装的室内振动拌和设备对水泥稳定碎石混合料的最佳拌和时间,使改装的室内振动搅拌机达到了工地大型振动搅拌机的同样效果,可应用于水泥稳定碎石的配合比设计与施工。     

小净距隧道群中夹岩水平位移规律的现场实测研究

以福建省平潭综合实验区龙兴岭隧道为工程背景,对小净距隧道群开挖过程中的现场实测数据展开细致分析,重点关注中夹岩的水平位移规律。外侧中夹岩的深度累加位移曲线呈现“V”字形,随着掌子面推进,曲线发生朝向开挖隧道侧的水平偏移,并在开挖至测孔断面后达到最大值。外侧中夹岩的时间累计位移曲线呈现“D”字形,且在隧道上方软弱地层中,发生朝向开挖隧道侧的明显水平偏移。内侧中夹岩先发生朝向先行洞侧的偏移,后回弹并逐渐趋于稳定。中夹岩变形是时空效应共同作用的结果,开挖明显影响范围一般为监测断面前后8 m。     

温拌沥青混合料在多年冻土地区的应用研究

青藏高原多年冻土区气候环境恶劣,海拔高,热效率低,热拌沥青混凝土路面铺筑困难。在对青藏公路多年冻土区温拌温铺沥青混凝土路面试验工程分析的基础上,认为温拌沥青混合料在多年冻土区可以成功应用,且具有节能、环保、适合低温施工等特点。但温拌温铺沥青混凝土路面在低温环境下的水稳定性和耐久性需要进一步观察研究。     

沥青路面级配碎石层应力消散的细观研究

为了从细观角度阐释级配碎石作为应力消散层对半刚性基层反射裂缝的作用机理,利用离散元方法生成未设置和设置级配碎石层沥青路面结构的细观模型,模拟了上述两种路面结构在标准轴载作用下的响应过程,得到了两种路面结构的接触力分布、最大接触力、应力集中区域的y向平均应力和平均应变,以及集料颗粒的位移矢量.数值模拟结果表明:路面结构中产生的接触力主要沿荷载作用位置向下传递,设置级配碎石应力消散层后路面结构二中产生最大接触力比未设置级配碎石的路面结构一减小了6.1％,面层层底的平均应力、平均应变分别降低了11.79％,65.43％,集料的位移在路面表面附近最大,沿深度方向逐渐减小,路面结构一、二面层层底相同颗粒的位移分别为0.205 cm,0.126 cm,上述结果均体现了级配碎石对应力消散的效果.     

多年冻土区路桥过渡段变形及地温场试验

根据多年冻土区路桥过渡段路基在竣工后3 a内的现场试验数据,分析了路基不同位置的地温变化、路基基底沉降变形和路基不同位置沿横向及纵向的沉降变形规律。结果表明:采用粗颗粒土填筑的过渡段路基对多年冻土区土体有明显的冷却效果,可防止多年冻土上限的下降;路基阳坡的沉降大于阴坡,而沿路基纵向,距离桥台越远路基沉降越大,但路基沿横向和纵向的沉降均满足工程要求;这种粗颗粒土填筑的路桥过渡段可适用于多年冻土区。