青藏高原多年冻土区站场路基与普通宽度路基的试验分析

在多年冻土区修建铁路站场路基,打破了原来天然地表与外界的热力平衡,地下温度场将重新分布。利用测试仪器来获取测温变形数据,然后对数据进行处理,探讨站场路基的冻结和融化过程的规律,以及站场路基下温度场的变化规律。通过和普通宽度路基的对比分析,分析宽路基对路基下多年冻土的保护作用,并提出一些工程防治的建议。     

滨海软土地区隔离桩用于控制侧向堆载引起的铁路路基位移的研究

福州可门港大桥货场扩建工程使铁路桥梁桩基、路基面临大面积侧向堆载问题。采用有限差分软件分析已加固滨海软土地层桩网铁路路基的侧向位移,以及隔离桩对软土侧向位移特性的影响。结果表明:未施作隔离桩时,8 m高侧向堆载引起软土层侧向位移达124 mm;采用单排隔离桩减少软土位移约15%~30%,采用双排隔离桩减少软土位移约60%~80%;当堆载高度增加时,单、双排桩隔离效果均有所降低;双排隔离桩对地层位移量及位移发展速率的控制效果均优于单排隔离桩,同时桩体自身变形量较小,稳定性较好。     

循环荷载下冻土桩基力学特性研究

通过给冻土单桩模型上端施加循环荷载,分析循环荷载幅值、频率及冻土温度的变化对桩身应变、桩身轴力、桩侧冻结应力以及桩土相对位移的影响规律,开展循环荷载作用下冻土桩基力学特性的研究。研究结果表明:桩身应变随着加载时间先增加后稳定,且低温环境和小荷载条件下更有利于桩身应变的稳定;桩身的应变随荷载幅值及频率的增加而变大,随温度的降低而减小;桩身轴力沿着桩深不断减小,是由于桩侧土体使桩从上部开始受力;低温环境下桩身轴力相对较小,这是冻土地区桩基稳定的有利条件;桩侧冻结应力首先从桩基的上端发挥作用,并逐渐向下传递,分别增大荷载幅值、频率及降低温度都会增强桩侧冻结应力;桩土相对位移受荷载幅值、频率及温度的影响明显,频率能够影响桩土的承载模式。     

冻结黏土-混凝土界面动力剪切特性研究

冻土与混凝土接触界面动力剪切特性对于冻土工程的抗震稳定性和长期服役性有直接影响。为了研究动荷载作用下多年冻土地区桩土相互作用及桩侧冻结强度特性,在常规直剪仪的基础上,研制出可同时满足动荷载输出和低温控制条件的动力直剪系统。利用该设备开展不同影响因素条件下的冻结黏土-混凝土桩基界面动力剪切试验,研究了动荷载作用下,试验温度、法向压力、动荷载频率及振次对冻土与混凝土界面冻结强度的影响,同时探讨了界面剪切破坏后的残余强度的变化规律。试验结果表明：动荷载作用下,冻结黏土-混凝土界面力学行为具有应变软化特征,可明显分为线性增长,脆性破坏,强度恢复及残余稳定4个阶段;界面峰值强度和残余强度受温度变化影响最为显著,并且动力荷载特性对界面强度具有一定规律性的影响;温度主要通过冰胶结力作用对剪切强度和残余强度产生影响,随着温度的降低,界面内聚力显著增大,从而表现为冻结强度的增加。通过对动荷载作用下冻土与混凝土接触界面强度特性分析,阐明了界面冻结强度特征及形成机理,可为寒区工程中的冻土与桩基接触面间的剪切特性研究以及结构物抗冻拔病害防治提供参考。     

超长地铁联络通道水平冻结温度场变化规律分析

掌握了超长地铁联络通道冻结温度场的变化规律,就能够预测分析地层冻结温度场,可提前判断冻结壁发展状况。以福州地铁2号线某区间超长联络通道冻结施工为例,建立三维有限元数值计算模型,通过对比分析冻结阶段的数值模拟分析结果与实测数据,验证了计算模型的准确性。基于该数值计算模型,研究了初始地温、导热系数、比热容对该温度场影响的规律。结果表明:冻结温度场变化主要分为温度快速下降与相变阶段、温度下降、土体温度稳定3个阶段;冻结壁交圈时间与初始地温、比热容近似呈线性递增关系,初始地温每升高5℃,交圈时间延长2d,交圈时间随比热容增加而延长;冻结壁交圈时间与导热系数呈负相关,导热系数每增高10%,交圈时间缩短1d。     

多年冻土地区路基纵向裂缝形成机理的数值分析

修筑于多年冻土地区的路基往往有阴坡和阳坡之分,路基不同坡向接受太阳热辐射情况存在明显的差异,继而产生沿纵向延伸的路基裂缝而破坏了路基的安全性和稳定性。通过利用大型有限元软件ANSYS对路基的温度场以及温度场和应力场的耦合计算,分析了其温度场和位移场的分布特点,得出了多年冻土地区路基裂缝的形成和发展机理,为路基裂缝病害的研究和整治提供参考。     

青藏铁路多年冻土区站场路基温度场试验研究

站场路基的宽度为单线普通路基宽度的两倍 ,结合青藏铁路试验工程观测的数据 ,分析了冻土区站场路基地温场以及多年冻土人为上限的特征 ,探讨了路基的冻结和融化过程的规律 ,阐述了多年冻土区路基的稳定性问题。     

动荷载作用下高温冻土路基动力响应的模拟试验研究

高温冻土地区铁路路基,由于列车动荷载对土体产生扰动而影响其稳定性。通过分析影响冻土路基应力、变形及温度场等主要因素,建立冻土路基模拟试验装置;在路基内部及周围地表布设压力和变形传感器,并用自行设计列车动荷载加载装置对路基施加模拟荷载,进行冻土路基动力响应模拟试验。试验获得不同动荷载频率作用下路基周围地表变形以及内部土压力的变化规律。试验结果表明:动荷载频率对地表竖向位移及路基土压力的影响均存在一个临界值,采用适当的列车行驶速度可减小对冻土路基的挠动;路基内部温度场监测结果表明,动荷载可引起土体局部温升,建议采用积极的防护措施以保护路基的冻结状态。研究成果可为维护青藏铁路路基稳定提供参考。     

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。     

预应力锚索对微型桩结构抗滑性能影响的试验研究

在传统微型桩顶部联系梁上加设斜向预应力锚索,构成新型复合挡锚结构的锚索微型桩。采用分级加载方式进行双排传统微型桩和锚索微型桩加固土质边坡的室内模型试验,并结合相同条件的FLAC3D数值计算,对比分析锚索微型桩和传统微型桩以及采用两者加固后边坡的变形和受力特征,进而探讨锚索微型桩的抗滑机理。结果表明:相比传统微型桩,经锚索微型桩加固后边坡的变形和联系梁的位移明显减小;锚索微型桩周围产生应力集中区,形成结构—土体的复合骨架体系,阻滞了致滑应力和变形沿滑坡方向的传递;预应力锚索有效增强了微型桩结构的侧向刚度,结构侧向倾斜变形减小;微型桩的内力和外力分布趋于均匀,有利于及时和充分地发挥桩体的力学性能;随着堆载的逐级增加,微型桩结构的变形过程分为小变形、大变形和极限破坏3个阶段,对应的桩—锚荷载分担比呈先增大、后减小和再增大的变化规律,极限破坏阶段的分担比稳定在1.3~1.5之间。