防冻胀护道型式对季冻区高铁路基冻结特征影响分析

基于哈大高铁典型断面的实测数据,运用非稳态相变温度场的数学模型及数值模拟的方法,采用有限元软件COMSOL Multiphysics对路基温度场进行了数值模拟,着重研究了不同型式防冻胀护道对季节性冻土区路基冻结特征的影响,分析了其对路基横向地温及横向冻深差异的消除效果。得出结论:增大防冻胀护道的高度可有效减少冷量从两侧侵入路基,能有效减小路基冻深;根据现有研究,建议在修建南北走向季节性冻土区高速铁路路基时采用阳坡侧较低,阴坡侧较高,且阴坡侧护道高度与路基齐平的非对称型式护道,以最大限度减小路基横向地温及横向冻深差异。     

有砟轨道沥青混凝土面路基结构温度场特性研究

为掌握有砟轨道沥青混凝土面路基结构的温度场特性,采用有限元分析软件建立有砟轨道-沥青混凝土层-路基结构体系温度场数值模型,结合北京—张家口高速铁路现场监测结果对数值模型进行校核,分析有砟轨道-沥青混凝土层-路基结构体系温度场的时空分布规律及沥青混凝土层厚度的影响.分析结果表明:有砟轨道沥青混凝土面路基结构温度场沿横向呈...     

高速铁路路基温度场及保温措施数值模拟研究

以张呼铁路低填浅挖路基为背景,结合现场地温监测数据及地质资料,运用ABAQUS有限元软件,模拟不同工况下XPS保温板的路基温度场分布规律。结果表明:路基温度场呈不对称层状分布,路基两侧温度等值线略低于路基中心;保温板厚度变化对路基中心下部土体冻深影响程度最大,从路基中心到两侧逐渐减弱;随着路基两侧保温板铺设长度的增加,路基两侧下部土体冻深逐渐减小,但对路基中心附近土体的冻深影响甚微。确定了低填浅挖路基保温板最优铺设厚度为10 cm,最佳铺设长度为21. 4 m。     

冻土路基温度场分布的试验研究

在大量现场实测资料的基础上,研究多年冻土路基温度场分布的规律及冻土上限移动变化规律,并对试验中产生误差的原因进行分析。     

基于GEV模型的西南高原无砟轨道温度试验研究

西南高原地区与内地不同,具有海拔高、太阳辐射强、昼夜温差大等的特点,该地区无砟轨道温度场设计值尚无定论。在西南高原某铁路附近建立了双块式无砟轨道温度场试验平台,对气温及道床板温度场进行了为期11个月的现场实测,通过现场试验及统计分析的方法对道床板温度场及竖向温度梯度进行研究。利用GEV模型,使用极大似然估计法对16 294组监测数据进行极值分析,确定道床板温度/温度梯度极值分布模型,提出具有一定超越概率的道床板温度及竖向温度梯度代表值。研究结果表明：1)道床板最高温度为45.61℃,最低温度为-13.52℃。由于热交换条件的不同,道床板中间截面最高平均温度比边缘截面高2.1℃,道床板中间截面最低平均温度比边缘截面低1.68℃;2)道床板最大正温度梯度为88.88℃/m,最大负温度梯度为-49.90℃/m;3)道床板温度和温度梯度均服从Weibull分布,当超越概率为0.01时,道床板最高温度代表值为44.85℃,最低温度代表值为-15.84℃,最大竖向正温度梯度代表值为87.13℃/m,最大竖向负温度梯度代表值为-38.63℃/m。研究成果可为西南高原铁路无砟轨道温度场的设计取值提供参...     

多年冻土区铁路通风路基室内模型试验研究

介绍了青藏铁路多年冻土区通风结构路基内模型试验的研究结果。分析了模型路基典型部位的温度随时间的变化情况及整个路基2个典型断面在最低负温，最高正温和融化期结束时的温度场特征。通过对不同周期内对应时刻温度场的对比分析表明：随着时间的推移，路基土体的温度有明显的降低，最大融化深度有逐渐减小，这说明通风管路基结构形式能够有效地为路基提供冷能，发挥保护冻土，维持路基稳定性的作用。沿着风向方向，路基温度场呈不对称分布；通过通风管中心的断面和位于两根通风管中间的断面温度场在同一时刻非常相似，说明在路基的横断面上温度分布是对称的。     

季节冻土区防冻胀护道对保温路基地温特征影响效果研究

运用土壤冻结条件下水热耦合输移基本方程及数值方法,考虑在铺设保温层情况下,加铺防冻胀护道对路基地温特征的影响规律,并与未加铺防冻胀护道的情况进行对比分析。结果表明:铺设保温材料对减小路基中部附近土体季节冻结深度有明显作用,但对路基两侧冻结深度影响相对较小;加铺防冻胀护道对边坡下土体季节冻结深度有一定程度的抬升作用,上升幅度由路基坡脚向路肩逐渐减小,但对路基中部附近土体季节冻结深度影响甚微;保温板-防冻胀护道复合路基结构形式,充分利用两种措施优点,对路基中心、路肩以及坡脚下最大冻结深度抬升的综合效果更好,抬升最大值分别为1.48、1.01、0.68 m。     

基于气象资料的CRTSⅢ型无砟轨道温度场特性研究

为研究无砟轨道温度场分布规律,基于气象学和传热学原理,建立CRTSⅢ型无砟轨道温度场瞬态分析模型。以实测轨道内部的温度数据验证模型有效性,在此基础上研究轨道结构温度场分布规律,并探讨风速和太阳辐射强度对轨道板内部温度变化的影响。结果表明:轨道结构温度沿竖向呈非线性分布,且随着深度的增加,温度变化幅度逐渐减小;横向温度分布随昼夜交替呈现周期性变化,在0.4～2.1 m存在温度平稳区。太阳辐射强度和轨道表面温度以日为单位呈周期性变化,轨道表面最大温度较太阳辐射峰值滞后约1 h。风速对无砟轨道表面以下10 cm范围的温度梯度影响较大,超过此范围的影响较小可忽略不计。有限元分析结果与实测数据基本吻合,研究结论可为CRTSⅢ无砟轨道温度场特性研究提供依据。     

考虑随机裂隙的高寒隧道温度场和保温层研究

研究目的:为进一步探究温度场的变化规律和保温层敷设厚度问题,以2022年冬奥会重大交通保障项目金家庄特长螺旋隧道为依托,通过现场实测、理论分析和COMSOL数值模拟相结合的方法,建立隧道围岩区的随机裂隙模型,研究孔隙率、渗透率、随机裂隙孔径和水头对温度场的影响,并基于温度场进一步对比解析解和数值模拟的保温层设计厚度。研究结论:(1)径向温度值及其变化速率随围岩孔隙率和渗透率的增大表现为增大趋势,随着随机裂隙孔径和下边界水头的增大,径向温度值表现为增大,变化速率则表现为减小的趋势,孔隙率对温度场影响最大,渗透率对温度场影响最小,径向温度分布规律可用Asymptotic1模型表示;(2)由于随机裂隙和渗流的影响,衬砌和围岩接触面的温度值不完全对称,但总体表现为从拱顶到仰拱逐渐升高;(3)孔隙率和渗透率对冻结深度的影响可用Exp3P2模型表现,随机裂隙孔径和下边界水头对冻结深度的影响可用Exp Dec1模型表现,理论分析和数值模拟结果说明保温层厚度的解析解较数值模拟大;(4)本研究结论可为相关寒区隧道的温度场发展、分布规律和保温层厚度设计提供借鉴或参考。     

严寒地区深基坑土体温度场动态变化研究

对冬季期间呼和浩特地铁车站主体深基坑进行现场土体温度测试,分析测试孔温度变化规律,得出基坑截面冻结范围;同时,提出水热力耦合模型,拟合实测气温数据得出基坑表层土体温度曲线,通过建立数值模型对基坑土体温度场进行模拟。并比对现场试验数据对模型进行验证,研究严寒条件下深基坑土体温度场动态变化规律。结果表明:基于水热力耦合模型基坑温度场模拟仿真,与现场检测试验数据变化规律基本相同,可作为基坑温度场模拟计算有效手段,为进一步分析研究土体冻胀应力提供基础支撑。     

成都地区双块式无砟轨道温度场特性研究

为获取成都地区双块式无砟轨道温度场分布特征,在成都市郊设立一段CRTSⅠ型双块式无砟轨道,进行连续一年的温度和气象要素实时观测,对不同季节轨道结构内部温度与气象要素的对应关系进行综合分析。研究结果表明:晴天时轨道结构内部的温度随气温的变化呈周期性波动,轨道结构垂向上相邻2层温度极值出现的时间依次滞后,而阴雨天时周期性变化规律不明显,说明道床板温度主要受太阳辐射影响,特别是道床板表面以下50 mm范围内;道床板板角、板边及板中的温度日变化幅度与气温日变化幅度均呈线性相关关系,道床板日温度荷载取值建议参照道床板中部实测数据选取;道床板垂向温度荷载模式呈指数函数分布;利用多元线性回归分析的方法得到道床板垂向最大正温度梯度耦合预估模型,其相似度高于0.85,可用于工程结构设计荷载的预估。     

深季节冻土区涵洞温度场分布规律测试分析

以深季节冻土区在建火渤铁路工程为依托,通过对涵洞温度场的现场监测,分析总结涵洞外侧和洞内温度场分布规律,测试结果表明:(1)涵洞外侧温度场分布曲线随季节变化呈近似正弦分布。(2)冬季低温时,涵洞顶部路基本体温度随深度的增加而逐渐升高,但均为负温,内外温差较小。(3)涵洞外壁温度场呈现出明显的阴阳坡效应,阳坡测点温度较阴坡大1.9℃左右。(4)涵洞洞内各测点温度相差不大,由于风流场作用,涵洞各截面较高温度测点均出现在涵洞涵角处,涵角温度高于其他测点1.2℃左右。测试分析结果可为深季节冻土区涵洞的设计与施工提供参考。     

温度与振动耦合作用下青藏铁路路基沉降可靠性分析

为探究青藏铁路多年冻土区路基不均匀沉降变形趋势规律的工程问题,定量研究环境温度和行车振动耦合作用对路基沉降变形所产生的影响.基于青藏铁路沿线590个测点近118个月现场检测数据进行计算分析,以环境温度、行车振动应力、时间为输入变量,路基沉降值为输出数据,建立路基沉降变形规律的多元线性回归模型.通过对回归模型的统计分析,...     

冻土斜坡路基温度水分分布特性分析

为研究冻土斜坡路基温度与水分分布规律,基于不饱和土Richards方程推导出冻土水分与温度变化的耦合关系式,建立水热耦合模型。应用有限差分原理进行离散化,编制计算程序模拟冻土斜坡路基室内模型试验。通过模拟结果与试验值的对比,验证了应用模型计算程序的可靠性。对青藏铁路风火山K1139试验段斜坡路基的温度水分分布变化进行模拟分析。结果表明:相对于同一海拔高度的路基中心线上点及右坡脚点,斜坡路基的左坡脚点温度和含水量均较高。冻土斜坡路基的融化界面与水分富集层均沿斜坡发展,与斜坡坡向相同,影响斜坡路基稳定性。     

考虑非对称冻结的塔杆基础模型实验研究

多年冻土区的地基土经常受冻胀的影响,但由于斜坡或边坡的存在,塔杆不仅存在拔起还同时存在侧向偏移现象,其病害机理倾向复杂化.为研究多年冻土区临坡塔杆桩基位移变化以及桩周路基土的温度规律,基于模型实验,研究路基在持续非对称冻结情况下塔杆桩基周围的温度场分布以及桩位移变化规律,并发明和试验一种非对称扩底锥形桩.研究结果表明:...     

高原冻土区既有线路基病害防治技术

针对青海省柴达尔支线铁路扩能改造工程设计,对既有路基进行全面现场勘察,分析病害的发育性状及分布规律,并从帮宽路基病害机理出发,提出了"防冻为主,综合治理"的设计原则。从换填既有基床填料、修筑保温护道、铺设土工格栅、整治基床翻浆冒泥及下沉外挤、改造和完善路基排水系统等方面总结出了一套适合高原冻土区路基病害的综合防治技术。经改造后路基沉降远小于允许值,在保护冻土的同时也保护了生态环境,为高原冻土区既有线的扩能改造工程积累了经验。     

高速铁路桥上CRTSⅡ型无砟轨道快速升降温模型试验研究

为深入系统研究高速铁路桥上CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道温度场分布规律,制作无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁1/4缩尺试验模型,通过开展快速升降温试验,分析CRTSⅡ型无砟轨道二维温度场分布规律,提出轨道系统横、竖向温度三维分布形式。研究结果表明:高速铁路桥上CRTSⅡ型无砟轨道竖向温度及温差分布呈三段式阶梯形;横向温度分布呈抛物线形;CA砂浆层是影响轨道系统横、竖向温度场分布的最主要因素;轨道系统竖向负温差主要产生于轨道板;轨道板与CA砂浆层间竖向温度梯度最为显著,最高达4.5℃/cm;横向最大负温差为-4.4℃,最大正温差为5.5℃,分别产生于底座板上部和中部;轨道系统横、竖向温度三维分布呈三段式阶梯形曲面。研究结果可为高速铁路桥上CRTSⅡ型无砟轨道温度效应设计和研究提供参考。     

多年冻土区路基U型水沟热力耦合理论分析及现场试验

针对青藏铁路多年冻土区路基坡脚U型排水渠道的冻胀病害,采用热力耦合的有限元方法对U型排水渠道的温度场和应力场进行数值计算,分析U型排水渠道周围土体的温度场和渠道所受水平冻胀力的分布特点及渠道冻害产生的原因,并对提出的防治措施进行现场验证。结果表明,寒季在U型排水渠道附近将出现二维冻结区域,产生的水平冻胀力可导致其破坏;渠道所受水平冻胀力沿埋深呈不均匀形状分布,中段较大,两端较小;渠道周围换填10cm厚非冻胀填料可有效减小水平冻胀力,使其稳定性明显提高。     

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。     

东北极端低温条件下板式无砟轨道温度场特性

基于环境监测资料和热力学基础理论,建立CRTSⅠ型板式无砟轨道三维瞬态温度场模型,分析哈尔滨地区冬季极端低温气象条件下无砟轨道温度场分布规律和影响因素,确定东北严寒地区无砟轨道性能分析的温度参数。结果表明：无砟轨道温度场分布的影响因素包括极端气温、轨道板吸收率、风速等;无砟轨道内温度变化滞后于环境温度,轨道板板顶及板边的日温度变化幅度较大;沿轨道板板顶向下,温度场呈非线性变化,温度波动幅值不断缩小;轨道板吸收率越大,则板顶温度及温度梯度越高;风速越大,板顶温度越低,轨道板内正温度梯度越小,负温度梯度越大;建议东北极端低温条件下轨道板的温度参数取正温度梯度75℃/m,负温度梯度-25℃/m。