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.     

莫斯科-喀山高速铁路沿线季节性冻土冻融特征

在莫喀高铁沿线770余公里的季节性冻土区内, 依据地貌单元、微地貌、地层岩性与水文地质条件等特征设置了14个监测场, 对季节性冻土的岩性、密度、含水率、地下水位、地温、近地面气温及雪盖的厚度和密度进行了频率为10天1次, 持续时间为7个月(2016年10月1日~2017年4月26日) 的监测, 依据监测数据分析了莫喀高铁沿线季节性冻土的冻结融化特征。分析结果表明: 莫喀高铁沿线季节性冻土区的雪盖主要存在于10月下旬至翌年4月, 雪盖厚度为20.2~38.2cm, 平均值为27.3cm, 最大积雪厚度为25~60cm, 平均值为44.4cm, 出现在2月上、中旬; 莫喀高铁沿线季节性冻土的起始冻结时间为11月中、下旬, 全部消融时间在翌年3月上旬~4月中旬之间, 存活时间为100~165d, 平均时间为122d;季节性冻土的冻结速率为0.27~1.20cm·d^-1, 平均为0.50cm·d^-1, 融化速率为0.27~2.52cm·d^-1, 平均为1.14cm·d^-1; 在土体的冻结期间, 雪盖减小了地层的冻结速率, 在土体的融化期间, 雪盖推迟了季节性冻土自上而下融化的起始时间与融化量, 并且会使季节性冻土在无雪条件下的双向融化变为自下而上的单向融化; 莫喀高铁沿线土体在自然状态(积雪覆盖) 下的季节最大冻深为0.19~0.90m, 平均为0.45m, 出现在2月上、中旬; 雪盖会减小土体的最大冻深, 在雪盖平均厚度为26.1~28.6cm时, 雪盖可以使季节最大冻深减小22.2%~32.6%;在莫喀高铁沿线的季节性冻土区, 雪盖在形成初期和消融末期保温与降温效果并存, 但主要以降温效果为主, 而在积雪稳定期, 主要以保温效果为主; 雪盖对季节性冻土热状况的影响深度和程度取决于土体含水率, 土体含水率越大, 雪盖的影响深度和程度就越小, 反之则亦然。     

多年冻土区埋地输油管道的应力及变形分析

利用大型有限元软件ANSYS对多年冻土地区埋地输油管道进行力学性能分析,在一定管径、壁厚及换填深度等工程措施下,具体分析了在一定的过渡段长度,冻胀率条件下多年冻土区埋地输油管道的应力及变形,进而给出了在保证管道安全的前提下,其所允许埋设土体的最大冻胀率及相应的差异性冻胀变形,分析结果可为工程设计提供参考.     

季冻区道路冻深简化计算方法研究

为了得到二维情况的道路冻深简化计算方法,运用COMSOL Multiphysics软件,建立二维非稳态道路温度场数值模型,验证了所建数值模型的可靠性;计算出不同月份的道路冻深值,研究了道路冻深的发展过程,确定最大冻深出现的大致时间;计算出道路横断面不同位置处的最大冻深值,研究了道路冻深的横向不均匀性,提出应将硬路肩边缘处的最大冻深作为设计时的道路冻深;对影响道路冻深的几何参数、边界参数、材料参数进行参数敏感性分析,发现对冻深影响较大的因素有日最高温度与日最低温度的差值、年平均温度以及土基的热物参数,并通过多项式拟合给出了计算道路冻深的经验公式。     

二灰改性黄土用于季节性冰冻地区路基抗冻性能研究

中国季节性冻土地区分布广,冬季路基易吸水冻胀导致边坡失稳和路面翻浆唧泥病害。采用石灰与粉煤灰对黄土进行联合改性的抗冻性能室内试验,通过对冻融循环前后不同石灰和粉煤灰配比下联合改性黄土的无侧限抗压强度、渗透系数、抗剪强度等物理力学特性的试验研究,选取性能较优的联合改性黄土的最佳配比。结果表明:石灰、粉煤灰联合改性技术不仅能提高黄土的无侧限抗压强度、降低其渗透系数,而且还能明显提高路基抗冻性能;联合改性黄土最佳掺配比为石灰和粉煤灰用量分别为黄土用量的6%,8%左右。     

冻土路基热收支状态尺度效应的显著性分析

基于最大融化深度、基底总吸热量、冻土融化潜热和热融蚀敏感系数四个指标，从高度效应、宽度效应、坡度效应和冻土年平均地温方面综合阐述了冻土路基热收支的尺度效应。同时基于统计学原理，对影响冻土路基热收支尺度效应的因素进行显著性分析，探究多因素交互作用的效应性。结果表明：路基高度对最大融化深度的影响最大，冻土年平均地温对基底总吸热量的影响最大，路基宽度和冻土年平均地温对冻土融化潜热量的影响最大，路基高度和路基宽度对冻土融化潜热量的影响最大。研究冻土路基热收支尺度效应，应综合考虑多因素之间的交互作用。     

高寒高海拔地区隧道洞口失稳风险评估方法研究

隧道工程在高寒高海拔地区施工时，受海拔、温度、冻土等影响，施工人员、机械的工作效率大幅降低，冻融、冻胀等灾害发生概率增长，隧道洞口施工的安全风险增大。但目前已有的隧道洞口失稳风险评估方法未引入高寒高海拔地区特有的因素，缺乏一定的针对性。因此，为了更好地判断高寒高海拔地区隧道洞口的施工状态，降低事故的发生，通过分析高寒高海拔地区地质、海拔、温度、冻土等特殊条件对施工安全的影响，构建了具有针对性、可操作性、完整性的高寒高海拔地区隧道洞口失稳风险评估体系，并以久马高速公路海子山1号隧道为例，采用层次分析法计算其洞口失稳的风险等级及可能性，通过与已有专项评估结果以及实际情况进行对比分析，验证本文提出的隧道洞口失稳风险评估方法的可行性。     

季节冻土区高铁路基保温层稳定作用研究

针对西宁至成都高铁若尔盖湿地段路基工程，基于传热方程、水分迁移方程与力场平衡方程建立季节冻土区高铁路基冻胀的水热力耦合模型，对比分析普通路基和保温路基的温度、水分和位移特征差异。结果表明：保温层有效降低路基的冻胀量，同时减小左右路肩的冻胀量差；保温路基与普通路基的总含水量分布相似，由于保温层将冻结锋面完全阻止在保温层内，其冻深远小于普通路基。