兰新高速铁路高寒地段路基温度场数值模拟分析

兰新高铁浩门至大梁区间所处地区海拔高,气温低,冻结期长,属于深季节性冻土区。为解决该区间路基冻害问题,依据当地气候条件,运用ANSYS有限元分析软件,对低路堤、零断面换填路基及不同深度处铺设保温材料的路基温度场进行数值模拟,分析路基冻结深度的变化规律和最大冻结深度,为高寒区高速铁路路基冻害防治措施设计提供参考。研究表明:(1)由于兰新高铁浩门至大梁区间海拔高、冬季冻结时间长、气温低等原因,导致路基冻结深度大;(2)零断面换填路基实测地温和数值模拟计算结果基本相符,所选计算模型、参数等可以为其他相同条件断面数值模拟分析采用;(3)铺设保温板路基温度场较未铺设保温板的0℃线上移,冻结深度增加速率变小,最大冻结深度明显减小,路基保温效果较好;(4)由于路基边坡、基床以下部位土层性质、厚度、热物理参数等影响,低路堤最大冻结深度比零断面换填路基大。     

人工冻结砾石土三轴剪切强度试验研究

为分析冷冻温度和含水量对于砾石土抗剪强度参数的影响,通过室内试验对南宁地铁联络通道砾石土层进行冻结状态下的三轴剪切强度分析,研究围压、冷冻温度以及含水量对于其强度演变的影响,分别得到几个特征围压下的砾石土冻结强度与冷冻温度及含水量的关系。试验结果表明:砾石土的三轴剪切强度随着冷冻温度的降低而升高,温度效应明显;同时,含水量变化对于其剪切强度影响也十分显著,在试验研究范围内冻结砾石土偏应力峰值与含水量成一定的正相关性,随着含水量增加,冻结冰晶体含量随之升高进而引起土体胶结能力增大,相应的强度有所提升。该三轴剪切强度符合Mohr-Column准则,黏聚力与内摩擦角随着冷冻温度的降低而增大,随着含水量的增加而增加。同时,冷冻温度对于砾石土三轴剪切强度参数的影响受土体含水量变化影响显著。     

多年冻土地区路基冻胀变形分析

首先模拟气候因素变化过程,得到不同时期冻土路基温度场分布,温度场随时间的变化可以反映出冻结相变区的变化,然后考虑土体体积力和土体冻结相变产生的冻胀力,采用考虑拉破坏的热弹性力学方法,分析得到多年冻土地区路基变形分布和演变规律;在此基础上,对冻土路基纵向裂缝的成因进行研究,揭示出冻土路基纵向裂缝主要出现于路面中部及路面靠近路肩部位,这与实际情况是相符合的。进一步的分析表明:采用低冻胀性的土填筑路基,如采用碎石土填筑,对于降低冻土路基冻胀变形及防治纵向裂缝病害是有效的。     

哈牡线季节性冻土接触网基础处理措施探讨

针对哈尔滨至牡丹江电气化改造工程季节性冻土分布的实际工程特点,结合季节性冻土条件下接触网基础的设计理念,对本项目选用的扩大型钢柱基础和不带扩底的拉线基础进行切向冻胀应力计算分析,并考虑影响切向冻胀力的水分、土质、负温以及基础侧表面的粗糙度等主要因素,提出了对钢柱基础采用换填加扩大型基础的处理措施,对接触网的下锚拉线基础提出了换填及加大埋深等防冻胀处理措施以抵抗季节性冻土的上拔力。     

新疆天山公路道路翻浆温度场的数值模拟分析

温度差异是高原冻土地区公路路基发生翻浆的一个重要因子。通过建立的冻土路基温度场的控制方程,建立计算物理模型和数值模拟计算模型,首先模拟气候因素变化过程,得到不同时期冻土路基温度场分布,温度场随季节的变化反映了路基冻结锋面的迁移,从而分析了关键点的温度差异。提出了将换填部分冻结土与阻断水分迁移路径的抗浆结构相结合的综合防治技术设想,这对进一步研究路基翻浆的治理技术有重要的理论意义.     

冰荷载作用下护岸结构数值模拟

季节性冰冻河流春季开江产生的流冰会严重威胁堤防建筑物的安全,开展流冰对结构物的碰撞规律研究十分必要。为此,以松花江汤原县胜利堤护岸结构为例,利用ANSYS/LS-DYNA软件,基于结构地质地形,考虑松花江春季江面开化流冰情况,建立计入冰荷载作用下的护岸结构数值分析模型,开展护岸结构在冰排撞击作用下的有限元分析研究,理清结构承载变化规律,为季节性冰冻地区护岸结构的设计及后期维护提供理论参考和技术支持。     

考虑相变过程岩体孔隙率对寒区隧道温度场时空规律影响研究

为研究寒区隧道围岩在持续低温作用或冻融循环作用过程中,考虑岩体相变过程中多相体各组分变化引起的岩石热学参数差异对围岩温度场时空变化规律的影响,利用已有岩体未冻水含量研究成果,进一步推导不同孔隙率下岩体的热学参数计算公式。基于多孔介质模型建立考虑相变过程的围岩温度场计算模型,分析考虑潜热时不同孔隙率下围岩冻结缘的空间形态变化规律,及相变过程对温度场的影响。研究结果表明： 1）饱和岩体孔隙率越高,对岩体整体热学参数影响越大; 2）低温持续作用围岩时,冻结缘向围岩深处移动并不断变宽,其宽度与其深度呈线性关系; 3）饱和围岩孔隙率对冻结缘移动速度影响较大,但对其宽度基本无影响; 4）由于相变潜热,岩体在冻融循环过程中围岩温度时程曲线出现不对称阶梯状形态,且其阶梯形状宽度与围岩孔隙率呈正相关; 5）冻融循环过程中,升温及降温过程中冻结缘临近岩体温度梯度存在差异引起的传热效率不同直接导致升温、降温时程曲线的不对称性特征出现; 6）沿硐室围岩径向向外,各处围岩体的温度时程函数与加载的温度函数存在着振幅衰减和相位滞后的现象,且岩体孔隙率越高该现象越明显。     

季节性冻土区路基专用太阳能主动供热装置研究

基于季节性冻土区路基冻胀特征及供热需求分析,设计1款采用太阳能主动供热的路基专用供热装置.通过模型试验分析装置供热温度、供热量、供热效率随太阳辐照量的变化规律,建立考虑纬度和日序数的供热温度预测公式.通过对路基长期供热效果的数值模拟分析,研究装置防冻胀效果.结果 表明:路基专用供热装置供热温度随太阳辐照量的提高而增大,...     

热扰动对冻土区片块石路基热状态变化特性的影响研究

随着我国现阶段的公路建设里程不断增长,相较于常规平原地区,高寒冻土区公路建设过程要克服冻土路基带来的各类不良影响。针对热扰动对冻土区片块石路基带来的影响进行深入研究,在分析该区域高等级公路路基状态的过程中,采集片块石路基的温度状态、吸放热状态和冻融循环状态等方面数据,探讨了其热状态变化的整体规律。研究结果显示:片块石路基在冻土区有着很好的热稳定性作用,可实现主动冷却作用;片块石路基能通过加快温差空气间的流通速度,避免热扰动对路基温度产生过于明显的影响,从而减少热扰动所带来的各类路基病害;片块石路基正下方的最大融化深度正逐步提高;片块石路基的阴阳面存在吸放热不平衡的情况,阳面路肩吸放热量达到阴面路肩吸放热量的2.7倍,阳面坡脚吸放热量达到阴面坡脚吸放热量的2.3倍;随着片块石路基阴阳面吸放热不平衡的发展,其对应的阴面冻土升温速度小于阳面冻土,阴面冻土上限发展程度同样小于阳面冻土。     

基于冻胀变形的基床表层疲劳寿命预测与分析

季节冻土区的铁路建设面临着路基冻胀问题,周期性的循环冻融作用将会加剧路基结构的破坏,从而缩短路基结构的使用寿命。根据基床表层冻胀变形结果,建立基于人工变形边界的应力计算模型,并引用半刚性基层材料疲劳寿命计算公式,分别计算不同水泥添加量下的基床表层的使用寿命。计算结果表明:基床表层的最大拉弯应力随着冻胀波长的不断增大和冻胀量的不断减小而呈现增大的趋势,水泥添加量为0、1%、3%、5%时,对应的基床表层冻胀变形所导致的基床表层最大拉弯应力分别为31.2、57.6、69.0、75.1 k Pa;随着水泥添加量的增加,基床表层的使用寿命不断提高,水泥添加量分别为1%、3%、5%时,基床表层的使用寿命相较于不添加水泥的情况分别增加了27%、36%、48%。