多年冻土地区路基不均匀融沉变形计算分析

针对多年冻土地区普遍存在的路基不均匀融沉变形现象,根据弹塑性固结理论,采用有限元方法对路基融沉变形进行计算分析,探讨了边界排水条件对路堤融沉变形以及路基表面水平位移的影响,并分析了地基融深和路堤高度对沉降的影响。研究结果表明,路基沉降随融深的增加而增加,排水状态的路基融沉变形比不排水的融沉变形大;路基融沉变形随路堤高度的增加而增加,路基是否排水对路基融沉变形和路基水平位移有显著影响。计算结果与实测值比较,所建立模型的理论计算值与实际观测结果基本一致,回归结果得出多年冻土地区路基融沉变形规律。     

冻土地区路基融沉变形对沥青路面结构的影响

采用有限元方法建立了路基发生融沉变形时沥青路面结构的轴对称计算模型,将融沉变形分别简化为二次曲线和余弦曲线,分析了融沉变形对最大拉应力点位的影响,重点讨论了融沉盆形状、半径、融沉深度等因素对沥青路面结构面层和基层最大拉应力的影响。结果表明:路基的不均匀融沉变形在路面结构面层顶面产生拉应力,成为面层破坏的主要原因;在基层底面产生较大的附加应力,将会造成基层开裂,因此在多年冻土地区的路面设计中应考虑附加应力的影响。     

基于变形分析的多年冻土地区路基高度效应研究

青藏公路病害调查资料表明:热融沉陷是多年冻土区主要的路基病害之一,提高公路路基高度可以有效地控制路基变形,防止融沉病害.针对这一工程问题,提出了“冻土路基高度效应”的概念,描述因路基高度变化而引发的冻土路基变形、破坏等规律.基于冻土路基热弹塑性融沉计算模型,得到了不同温度条件下,路基变形随路基高度的变化规律,与实测数据相比,计算模型合理可行.计算结果表明:冻土路基的变形主要受控于多年冻土层的融沉变形;“路基高度效应”对于冻土路基变形影响较大;高温多年冻土区的路基融沉变形十分可观,其变形速率尤其值得关注.     

多年冻土地区路基变形特征及影响因素

青藏公路沥青混凝土路面修建后,增大了路基下多年冻土的吸热量,导致了多年冻土融化。多年冻土融沉变形在冻土路基变形中占主导地位,其发生、发展与冻土温度及工程地质特性等有关。通过青藏公路唐南地区路基变形监测数据,分析了路基变形的特征及多年冻土融沉变形的影响因素。     

基于模糊层次分析法的多年冻土路基冻融沉陷评价

多年冻土路基冻融沉陷(以下简称融沉)已成为青藏公路的主要病害,针对冻土路基融沉产生的原因,本文总结分析了三类致灾因子对青藏公路路基融沉的影响,提出单因素致灾因子等级评价标准及融沉危险度等级划分标准,基于层次分析法和模糊综合评价法对多年冻土路基融沉进行评价。以青藏公路K3020~K3030段为例,采用层次分析法建立多年冻土路基融沉评价模型,确定各致灾因子的权重系数,并结合模糊综合评价法求得融沉危险系数,进而确定该路段融沉危险等级。结果表明:该路段融沉危险度等级为二级,与实际道路情况基本吻合,因此基于模糊层次分析法的评价模型结果可靠,具有一定的实用性。     

退化性岛状冻土路基位移场地温响应研究

退化性岛状冻土连续性差,退融速率快,冻土路基病害较为严重。掌握该类路基随地温变化的变形规律,就可从根本上解决其热稳定性问题。为此,建立了该类冻土路基位移场的理论分析模型和有限元模型,并以实际工程为依托,通过对工后1 a内路基地温场、位移场的数值模拟及实测分析,提出了退化性岛状冻土路基位移场的周期性地温响应规律及"热缩"效应。研究结果表明:在一个周期内,该类冻土路基位移场的地温响应过程可分为冻胀、压缩及融沉3个阶段。其中冻胀与压缩阶段,地温变化对路基热稳定性影响较小,而融沉阶段产生的融沉位移对路基稳定性影响较大,且较地温变化有一定的滞后时间,当地温环境由升温状态向降温状态转变时发生,在此期间应加强对路基冻土的保护和监测。     

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。     

考虑相变作用的冻土路基变形场的数值分析

多年冻土活动层中每年都发生着季节的融化和冻结,并伴生有各种冻土现象。由此产生了多年冻土路基冻胀、融沉、纵向裂缝、反拱及波浪等一系列病害。冻土的冻胀融沉特性是导致道路工程冻害的直接原因,为了进一步定量描述其特性,本文建立了冻土路基变形场的二维数值计算模型,并应用有限元的方法求解路基土体冻结时变形场的分布规律。通过对土基范围内冻胀带对路基土体变形场作用的研究,进一步分析了冻土路基破坏的机理。     

建筑工程垃圾在公路路基中的力学性能研究

通过有限元软件,模拟分析公路路面结构的力学性能,研究了建筑工程垃圾在公路路基中的力学性能。结果表明,在超载车辆反复下,疲劳荷载会使面层底面出现剪切破坏。当建筑垃圾底基层刚度为1005MPa时,各层应力最大值是刚度为705 MPa时的0. 73～0. 91倍。在荷载为标准荷载的一倍时,结构底基层先受压产生裂缝,裂缝随后向上不断扩展引起路面破坏。在标准荷载作用下,路表弯沉值随着建筑垃圾路基刚度值的增长而减小,在建筑垃圾路基刚度为175 MPa时,路表弯沉值为0. 140 mm,125 MPa时为0. 152 mm。基层及面层的剪应力随建筑垃圾路基刚度的增大而减小。当建筑垃圾路基刚度分别处于125和175 MPa时,后者的应力最大值是前者的0. 54～0. 92倍。也就是说,对建筑垃圾路基刚度进行增强,能够有效改善路面结构抗拉能力。     

季节性冻土地区路基的冻胀与融沉

在季节性冻土地区，路基经常发生翻浆和冒泥现象，对公路造成很大的破坏，其中主要是由于冻胀和融沉造成的结果。因此研究季节性冻土，最重要的是认识和掌握其冻胀和融沉机理。