季冻区路基冻胀融沉控制指标研究项目简介

正我国冻土面积约占国土面积的75%,冬季冻结、春夏季融化的季节性冻土遍及长江流域以北的广大疆域,占国土面积的53.5%。季节性冰冻气候对公路工程质量的影响十分显著,伴随着土体中水的冻结和融化,发生着一系列特有的现象。尤其是在挖方路段地下水位较高或地表排水不良、路基填土冻胀性强的路段,随着大气温度的下降,土体温度降到土中孔隙水结晶点时,土体便发生冻结,出     

季冻区道路冻胀翻浆产生的原因及防治措施

季节性冻土地区(简称季冻区),路基随季节交替发生冻结和融化循环变化,产生的病害主要是冻胀和翻浆。本文结合抚顺市城市道路冻胀状况调查,分析道路冻胀翻浆产生的机理、影响因素,并提出具体的防治措施,为今后抚顺等季节性冻土地区的城市道路设计和养护提供参考。     

浅谈伊绥高速冻土设计与施工

冻土是指温度低于0℃,含水且与土颗粒及岩石呈胶结状态的各类土,即由固体矿物颗粒、水、冰和气体组成。由冻土的冻结延续时间又可分为季节性冻土和多年冻土两类。季节性冻土是指地表层冬季冻结,而在夏季又全部融化的土;多年冻土是指冻结状态持续2年或者2年以上的土。阐述冻土段公路在高速公路中设计与施工的方法。     

多年冻土区公路隧道融化圈计算方法

为得到多年冻土区公路隧道围岩温度场和融化圈的发展规律,建立了围岩融化圈的计算方法,对融化圈深度和围岩温度的计算值与实测值进行了对比,采用有限元法分析了支护对融化圈的影响。分析结果表明:围岩温度平均误差不超过0.6℃,融化圈深度误差不超过10%,计算值与实测值吻合较好;每延迟1d施作喷射混凝土,融化圈深度增大10cm,喷射混凝土厚度每增加5cm,融化圈深度增加约10cm;一次模筑混凝土入模温度为15℃时的融化圈深度比入模温度为5℃时大了约10cm;当保温板厚度从5cm增加到20cm时,融化圈深度减小2/3,保温板及二次模筑混凝土水化热对融化圈深度有较大影响;洞内风速为3.0 m·s^-1时的融化圈深度比洞内风速为1.0m·s^-1时减小了10²0cm;施作喷射混凝土30、60、90、120d后,洞内气温为8℃时的融化圈深度为洞内气温为2℃时的1.25、1.31、1.35、1.40倍。可见,洞内气温宜控制在3℃⁵℃,围岩开挖后应尽早施作支护,宜选用低热或中热水泥以降低混凝土释放的水化热。     

川西地区季节冻土渗透系数的时空变化特性

冻融循环作用引起的边坡体内部水分迁移是川西地区季节冻土边坡失稳的主要原因,研究边坡土体渗透系数时间、空间变化特征是掌握水分迁移规律的重要手段.针对冻融循环作用下季节性冻土坡面渗透系数时空变化问题,选取川西新都桥地区某边坡粗颗粒土为测试土样,设计冻土渗透系数试验装置,以30%乙二醇溶液为试验渗透溶液,分别制备不同初始含水率、细颗粒含量、干密度测试土柱;添加30%乙二醇放至低恒温箱中进行12 h以上冷冻处理,开展不同冻融循环次数作用下冻土渗透系数试验,并分析其渗透系数变化规律;在此基础上结合边坡冻融期含水率现场监测数据,分析渗透系数时空变化规律.试验结果表明:初始含水量及干密度不断增加时,冻土非闭合孔隙度和渗透系数均呈减小趋势;冻土渗透系数随细颗粒含量的增加而减小,当细颗粒含量大于20%时,冻土渗透系数减小的幅度较小;冻融循环次数对冻土渗透性能起到抑制作用,当循环次数超过3次时,冻融作用对渗透性能影响不大;季节性冻土边坡1 m冻结深度以内,渗透系数随深度增加减小;11月—1月冻深范围内冻土渗透系数减小,1月—3月渗透系数开始增大.     

寒区客运专线隧道口边坡温度场特征分析

以哈尔滨地区的利民隧道进口处边坡工程为背景,考虑寒区边坡土体在土体冻结、相变状态、融化这3个过程的温度变化,运用ANSYS APDL有限元软件对处于不同时期的边坡进行三维有限元数值模拟,并与现场实测数据进行对比分析。结果表明：在初始阶段,坡面处温度最高,底部温度最低,且温度由边坡顶部和底部向内部传递;外界气温仅对边坡表层一定深度范围内的土体有影响,且随着深度增加,这种影响逐渐减弱;边坡经历长期冻结后,最大冻深可达1.06 m;在整个冻结期内,冻融过渡带的位置随着气温的降低而沿坡面法向方向逐渐下降。进入融化期后,边坡土体的融化深度不断增大,且上层土体温度变化比较剧烈,其温度梯度更大。     

桥梁工程的施工质量管理

冻土高寒地区冬季长、寒冷,夏季短、炎热,昼夜温差大,降水量少,空气干燥,春秋频发风沙,这种特殊的气候类型导致冻土高寒地区桥梁结构产生独特的病害特点。桥梁墩台受冰雪、冻土反复形成与融化过程的影响极易产生开裂、倾斜的情况,内部钢筋也更易锈蚀。泄水管道、桥孔等具有排水、泄洪功能的结构,也因春秋季频发的风沙而受到巨大影响,不能正常发挥作用。桥梁结构的混凝土在各种因素如冻土、温差大、雨雪、冻土、反复冻融的影响下更易产生大裂缝,随着裂缝的扩大,也会进一步导致结构内部混凝土的碳化与钢筋的腐蚀过程加快。冻土高寒地区气候日益变暖、季节性冻土冻结的时间减少、冻土层越来越浅,冻土层受桥梁基础施工等因素干扰会导致桥梁基础倾斜,地基冻土下沉、融化,以至于使桥梁的承载能力受到影响。     

冻胀力作用下土质隧道衬砌内力影响因素敏感度分析

运用有限元数值模拟,计算分析了隧道衬砌内力(弯矩、轴力、最大拉应力)对土体冻胀率、冻结圈厚度、衬砌厚度、围岩弹模的敏感度。研究表明:隧道衬砌弯矩、轴力及拉应力对围岩自由冻胀率均敏感;隧道衬砌轴力、拉应力对围岩弹模敏感,而隧道衬砌弯矩对围岩弹模的敏感度较小;隧道衬砌内力受冻结圈深度影响较为明显,而衬砌厚度对衬砌内力影响相对最弱。建议对于季节性冻土区隧道设置保温隔热层及在衬砌背后一定范围内的注浆。     

高寒冻土区路基变形演化规律与破坏特征

为进一步研究高寒冻土区路基变形破坏演化过程,以漠北公路K6+200断面处的高温高含冰量冻土区路基和K8+200断面处的低温高含冰量冻土区路基为研究对象,在路基不同部位和路基下不同深度处土体埋设温度传感器和变形传感器,研究了高纬度、高寒冻土区不同冻土条件下路基实测温度和变形演化过程及其特征。研究结果表明:在高温高含冰量冻土区,在公路建成2年后,路基下出现了明显的融化盘偏移现象,新建宽幅路基呈现出明显的横向不均匀变形特性,路基下形成了2个融化盘,其中一个明显向路基坡脚处偏移,左坡脚和路中冻土上限明显下降了3~4m,路基下原天然地表处沉降达4~9cm,而路肩处冻土上限基本保持稳定;在低温高含冰量冻土区,在保证一定路基高度的条件下,除了建成初期路基土体存在一定的变形(工后沉陷)外,由路基下多年冻土不均匀融化导致的变形很小,因此,在低温冻土区公路路基稳定性相对较好。可见,研究结论进一步阐释了高温冻土区路基、路面变形严重的成因,为高纬度、高寒冻土区路面结构抗融沉破坏设计和病害防治提供了参考,揭示了高温多年冻土区路基纵裂、沉陷等不均匀变形破坏的特征和成因,相比高温多年冻土区,在保证一定路基高度下低温多年冻土区路基具有相对良好的稳定性,这一结论对于高纬度、高寒冻土区不同冻土条件下冻土路基的设计及病害防治具有重要意义。     

浅谈辽西地区路基冻害防治措施

由于辽西地区地理位置、气候环境因素影响,从每年的十月底开始地面冻结,最大冻深在二月中旬,平均冻深在1.1m,最大冻深1.4m。由于路基在季节性冻胀、外部荷载渗流等因素作用下,局部地段易发生冻胀、融沉、翻浆、路面开裂等一系列特殊现象。道路的各种冻害给交通行业带来了巨大的损失,为此对路基的冻害防制措施进行研究具有极其重要的意义。     

基于FLAC3D的寒区正融土坡稳定性数值模拟分析

为研究季节冰冻区土质边坡在春融期常发生的浅层滑坡,基于连续介质显式拉格朗日有限差分法,耦合温度、土体自重以及渗流力的共同作用,建立季冻区正融土坡实体模型。当外界温度由-5℃升高至10℃时,模拟得出土体边坡内部的塑性区分布特征和剪应变增量的发展趋势,给出季冻区正融边坡的最不利受力位置并分析破坏形式,分析结果可为季节冰冻区土质边坡的稳定性分析提供借鉴。     

细粒硫酸盐渍土盐胀特性试验研究

选取典型细粒硫酸盐渍土,进行反复冻融循环条件下的试验研究,分析了典型细粒硫酸盐渍土的盐胀规律。试验结果表明:低液限黏土硫酸盐渍土的前5次冻融循环过程中盐胀具有较好累加性,随着冻融循环次数的增加,盐胀量增长速度逐渐降低;含砂低液限黏土硫酸盐渍土的盐胀过程可以被分为3个阶段。     

侵蚀和冻融环境下水泥土强度的试验研究

某些特殊地区的水泥土地基既受到环境侵蚀又受到冻融循环的影响.通过室内试验的方法,研究水泥土先经受不同浓度和不同pH值的侵蚀性溶液侵蚀下,经过反复冻融后水泥土的强度特征,并探讨其强度改变的机理.试验结果表明,水泥土的强度特性受水化学作用和冻融循环的双重影响,其中水化学作用的影响贯穿全过程,冻融的影响与冻融循环次数关系紧密.结果可为特殊环境地基的设计与工程应用提供指导作用.     

盐渍土水盐迁移特性与强度特征分析

通过对天然盐渍土室内基本性质试验分析及在开放系统中进行反复冻融循环条件下的试验研究，有利于对天然盐渍土在多次冻融循环时的水分和盐分迁移规律及强度变化特征有个正确的认识。     

和硕至库尔勒高速公路盐渍土盐胀试验

为确定和硕至库尔勒高速公路盐渍土性能,选取粉土、粘土类天然盐渍土,在开放系统中进行反复冻融循环条件下的试验研究,从土类及盐性角度研究盐渍土的盐胀规律,可为工程实践提供借鉴。     

硫酸盐渍土热-质迁移试验与耦合模型

为研究西部寒旱区盐渍土传热传质行为，首先，在无压补给条件下进行非饱和硫酸盐渍土的单向冻结试验；其次，考虑结晶潜热、结晶阻抗及结晶消耗等因素，建立非饱和硫酸盐渍土水-热-盐三场耦合模型；最后，采用COMSOL Multi-physics对耦合模型进行数值模拟，将模拟结果与试验数据进行对比分析.研究结果表明：盐渍土内温度随冻结时长呈三阶段发展，逐步形成上冷下暖的温度梯度；在温度梯度和基质吸力双重驱动下，水、盐向冻结锋位置迁移，冻结锋位置水、盐含量出现峰值，峰值含水率、含盐量相较初始值分别增加2.16%和0.28%；冻结锋沿冻结温度线移动，形成冻结锋面；土柱最大冻结深度约为15.5 cm.     

氯盐渍土工程特性研究

通过对新疆焉耆地区和硕至库尔勒高速公路沿线天然盐渍土的室内基本性质试验分析,选取粉土、粘土类天然盐渍土在开放系统中进行反复冻融循环条件下的试验研究,从土类及盐性角度研究得出氯盐渍土的盐胀规律。通过对氯盐渍土进行溶陷试验,研究氯盐渍土在不同含水量和含盐量条件下的溶陷变形特性,并定性分析氯盐渍土溶陷系数与含水量、含盐量的关系,可供工程人员参考。     

化学类冻结抑制路面应用综述

冬季路面积雪结冰的处理是道路管理部门的难题。从沥青混合料中的特殊材料考虑,提出一种节约环保型的化学类冻结抑制路面,能够在一定程度上持续抑制路面冻结,减少融雪剂的撒布数量,提高机械除雪作业效率,节约冬季道路养护成本,这对于经济环保型路面除冰雪技术的研发具有重要的现实意义。     

多年冻土地区钻孔灌注抗拔桩静载试验分析

结合青藏铁路清水河多年冻土地区抗拔基桩的竖向静载现场试验,对桩周冻土冻结强度、基桩竖向抗拔极限承载力等进行了深入的研究,并将直孔桩、扩底桩两种不同桩基础的荷载试验结果进行了分析比较,为青藏铁路桩基础设计提供了科学依据.     

高铁膨胀土新型路堑基床动力特性与参数敏感性

进行了云桂高铁膨胀土新型路堑基床综合试验段现场激振试验, 借助有限差分软件FLAC3D, 建立了三维轨道-路基-地基动力学模型, 分析了新型路堑基床动力响应与防排水结构层参数敏感性。分析结果表明: 铺设新型防排水结构层可加速基床内动应力的衰减, 降低路基表面动位移; 增加防排水结构层厚度和弹性模量可降低基床动位移, 减弱防排水结构层下方基床动应力, 但会提高防排水结构层顶面的动应力水平; 防排水结构层铺设位置下移时会增大路基表面动应力, 但对路基表面动位移影响不大; 为满足《高速铁路设计规范》(TB 10621—2009)要求, 建议防排水结构层铺设厚度不小于15 cm; 路基表面动应力、动位移与地基表面动应力敏感性因素依次是防排水结构层的铺设位置、弹性模量与铺设厚度; 考虑新型防排水结构层参数对基床动响应的影响, 确定的最优方案为: 铺设厚度为20 cm, 弹性模量为1.0 GPa, 铺设位置为基床表层底部。