通风路基主要影响因素及应对措施研究

 结合实测资料,通过模拟计算从传热角度就通风路基降温效能的主要影响因素进行分析。研究发现,在管道通风路基中,管间土体存在较强的热流向下传热,通风管间距是影响降温效能的重要因素之一。在公路沥青路面条件下,由于路面的强烈吸热作用,通风路基的降温效能被极大削弱,环境升温和设计不当都可能造成工程措施的失效。针对这一问题,提出宽幅通风新型工程措施。模拟计算结果表明,该种新型路基具有高效、快速的降温效能。在沥青路面条件下,该种措施实施3 a后,－3 m深度的地温就已低于原天然地表下的温度,冻土人为上限在快速达到路堤底部约－0.5 m深度后,完全维持稳定。该种措施还成功解决路基地温场的非对称性难题,进一步增强路基的长期稳定。这些结果对我国多年冻土区高等级公路的建设和关键工程问题的解决具有重要意义。     

青海省共和－玉树高速公路沿线典型冻土路基保护多年冻土效果的初步分析

 基于青海省共和—玉树(共玉)高速公路修筑初期的地温监测资料,对3种典型冻土路基措施,即保温路基、块石路基和通风管路基下部浅层(0～4 m)地温、深层(4 m以下)地温以及多年冻土人为上限变化情况进行对比分析,研究路基修筑初期下伏多年冻土的变化过程,并且对各种路基技术措施的效果进行比较。监测结果表明,对浅层地温,保温路基左右路肩处一定深度有降温,块石路基仅在右路肩有降温,通风管路基左右路基及中心孔均有较大范围的降温,3种措施均面临不同程度的阴阳坡热不对称问题,以保温路基最为显著;深层地温均有升高的趋势,相同深度下保温路基升温幅度最大,块石路基次之,通风管路基最小;多年冻土人为上限均有显著抬升,并有继续抬升的趋势。初步监测结果显示了保护多年冻土措施的3种路基结构均具有一定的效果,由于道路修筑时间较短,冻土路基的长期效果还需要进一步的监测分析。     

热管及保温材料在青藏直流联网工程中的应用研究

针对青藏直流联网工程塔基热管措施应用效果,通过现场实测资料确定了热管年内工作周期及混凝土桩基表面热效应,考虑无绝热段热管传热过程组成,建立空气-热管-土体耦合传热数学模型,利用有限元方法系统模拟不同年平均地温分区锥柱式塔基传热过程及气候变暖背景下基础周围多年冻土热状况发展变化趋势。结果表明：冷季热管工作期间,其对周围土体冷却降温效果显著,同时由于混凝土塔基为热的良导体,热管产生的“冷量”通过基础及其底座快速向基础周围传递,使得基础下形成大范围低温冻土。暖季,热管停止工作期间,由于基础埋设较浅,混凝土塔基良好的导热性能使得其周围浅层土体温度升温较快,量值基本与天然地表下同一深度接近,而基础下部深层地温则主要受热管作用控制,温度较低。在单一塔腿4根热管及50 a气温升高2.6℃背景下,-1.0℃、-1.5℃两种年平均地温条件下,桩基础下部多年冻土仍保持冻结状态,满足工程对于冻土地基热状况的要求。-0.5℃年平均地温条件下,运营后期桩基础周围土体季节融化深度已大于桩基埋深。在该地温条件下,通过热管-保温板复合措施的采用,可有效发挥热管的“冷却降温”及保温板的“隔热保冷”效能,在大幅减小基础周围土体的最大季节融化深度的同时降低锥柱式基础底部深层地温,进而满足工程需求。     

青藏铁路北麓河试验段块石路基与普通路基的地温特征

基于青藏铁路北麓河试验段块石路基与普通路基3个完整冻融循环周期内的地温数据,对比分析了两种路基下原天然地面处与原冻土天然上限处的地温变化过程以及路基不同部位下部土体的地温年际间变化过程。试验结果表明:块石路基下降温趋势明显且低于普通路基,原天然地面处低0.4～0.9℃,原天然冻土上限处低0.3～0.6℃。块石路基下部土体降温范围与降温幅度均大于普通路基,块石路基右路肩下部土体降温范围大于普通路基3 m,块石路基中心下部土体降温范围大于普通路基2 m。块石路基下部土体通过块石层与外界气体发生热交换强度不一致,右路肩下部最强,路基中心下部次之,左路肩下部最弱。     

青藏铁路粒径改良路基温控效果分析

基于青藏铁路北麓河粒径改良路基试验段地温监测资料，分析了粒径改良路基地温变化规律及其温控效果，并同其他保护冻土措施进行了对比分析。结果表明：在一定深度范围内，粒径改良路基地温呈现年季变化、呈正弦曲线变化特征；同普通路基相比，在年平均地温曲线方面表现出具有冷却路基，保护冻土的效果；同普通通风路基相比，粒径改良路基虽在冷季冷却效果弱于通风路基，但在暖季热屏蔽效果好于通风路基，从年平均地温方面已表现出较好的保护冻土的态势，是一种积极主动的保护措施。     

季节性冻土地区高速铁路路基地温分布规律研究

 研究路基及周边地区土体地温的分布规律是季节性冻土地区高速铁路路基的稳定性分析的重要基础。结合哈大(哈尔滨--大连)高速铁路双城地区3 a的现场监测数据和气温资料,分析坡脚、天然位置及路基不同位置的地温分布规律。在此过程中,利用地温振幅、平均地温等结果,建立相应的地温估算公式,为确定数学模型的基本边界条件提供依据。建立非稳态相变温度场的数学模型,研究路基地温随时间的变化特点和沿深度的分布规律,并预测地温场的变化趋势。现场监测和模拟计算结果表明：地温分布规律主要与土体构成、土体热扩散能力、气候和位置等因素有关。季节性冻土地区高速铁路路基最终形成较为稳定的季节冻结层,相对稳定的地温和不对称的地温场。路基阴阳坡地温场的不对称,可能导致路基横向差异变形和纵向的不均匀变形,进而影响路基的稳定性。     

开放和封闭条件下块石结构路基下部土体降温效果差异

块石结构路基以其独特的冷却路基作用，正在发挥着良好的降低多年冻土温度作用。但块石结构层被风沙或积雪堵塞后，路基下部多年冻土降温效果变化一直是人们极为关注的问题。为此，开展了开放和封闭条件下块石结构路基下部多年冻土降温效果差异的现场试验研究，对比分析开放和封闭条件下路基下部土体温度的变化特征。试验结果表明，开放状态下块石路基具有较强的强迫对流效应，封闭状态下块石路基强迫对流效应较弱，这一差异导致了开放条件下，块石结构路基下部土体降温效果比封闭条件下要好得多。从路基下部0．5～1．0m深部土体温度来看，二者间夏季差别不大，冬季最低温度要相差5℃左右。从块石路基下部土体降温的影响深度来看，开放条件下土体降温的影响深度可达6．0～10．0m，封闭条件下土体降温影响深度仅为1．5～3．0m。     

青藏铁路多年冻土区块石路基碎石护坡工程效果研究

青藏铁路多年冻土区路基工程的修建,改变了路基基底多年冻土的热量平衡状态,引起了地下温度场的重新分布。文中对青藏铁路楚玛尔河段的块石路基碎石护坡实验段1年地温进行分析,研究了该种工程措施对降低地温温度保护多年冻土,平衡路堤阴阳坡温度场差异的工程效果。研究结果表明:块石路基碎石护坡对冻土的保护效果非常明显。     

自动温控通风路基应用效果分析

自动温控通风路基是“冷却路基”的一种有效措施，并经历了青藏铁路北麓河试验段半年多的现场检验。结果表明，对于30，40cm两种管径的通风管在实施自动温控系统控温后，分别使原多年冻土上限抬升0．3，0．7m，到达最大融化深度的时间均提前20d，延长路堤的放热时间约1个多月，分别降低通风管下部平均地温1．2℃，1．7℃，降低路基底部地温0．5℃，0．7℃。通过热计算，在进入多年冻土含土冰层热通量最大月份，自动温控通风路基降低热通量约一半左右。通过2种管径的降温效果对比，30cm管径的降温效果略好于40cm管径的降温效果。自动温控通风路基结构中路堤降温速率大于通风路基的主要原因在于自动温控路基具有降温机制。     

高海拔多年冻土地区宽幅沥青路面-路基体系#br# 热效应实测分析

为明确中低纬度高海拔多年冻土区“宽厚黑”路面结构和路面类型对路基路面体系温度场的影响规律,在青藏高原高温多年冻土区分别铺筑了窄幅和宽幅沥青路面-路基温度场监测试验段,对两种尺度路基路面体系不同深度和横向位置处以及天然大地不同深度处温度状况进行3年连续观测和统计分析。结果表明：宽幅路面沥青层年温度波动幅度高于窄幅路面,且波动幅度差异随路面结构层深度增加而减小;新建公路路基填土会经历持续2年以上的初期冻融放吸热不稳定阶段;高填方宽幅沥青路面-路基体系吸热面积与散热面积的同时增加导致宽幅路基路面体系不同横向位置和深度处温度场更为复杂;沥青路面宽度从5m增加到24.5m导致最大融化深度增加量在1.5~2.0m。在中低纬度高海拔多年冻土区设计宽幅公路路基填土高度时应考虑具体路基断面特点,计算极端天气下的宽幅路基路面体系从建设期到稳定期的温度场,保证阳面路肩一侧融化深度始终满足要求     

多年冻土区铁路保温路基变形特征研究

冻土具有极为特殊的工程地质性质,修建其上的路基将不可避免地发生变形,甚至是破坏。为保证道路畅通,冻土路基在满足热稳定性要求的同时,道路路基的变形也必须满足设计规范要求。基于青藏铁路北麓河保温路基的地温、变形监测资料,分析路基地温、变形特征及其相互关系。研究结果表明,冻土路基的变形和其下地温场状况密切相关,地温场状况及其变化控制和决定着冻土路基变形场的状况。多年冻土地温升高产生的冻土压缩变形是导致保温路基持续较大变形的主要原因之一,在冻土路基变形研究中不可忽略。而冻土融化产生的变形是冻土路基变形的主要因素。基于实际监测数据分析结果,考虑到温度对多年冻土地区土体力学性质的强烈决定作用,建立冻土路基热弹塑性融沉压缩本构模型,进行温度场和变形场的单向耦合分析。计算结果表明,当该地区年平均温度较低、在路基高度较小的情况下,铁路保温路基的变形较小。相反,在该地区年平均温度较高,路基高度也较大的情况下,冻土路基的变形较大,这也和监测结果相符合。     

青藏铁路多年冻土路堤温度场的有限元分析

在多年冻土区修建铁路路堤，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。根据地下温度场的分布特征，可以推断多年冻土的发展演化趋势以及评定路堤的稳定状况。结合青藏铁路某试验段实际监测数据，利用ANSYS软件对2003～2030年地下温度场进行有限元数值模拟。模拟计算结果表明，在年平均气温增长0．02℃的条件下，试验段内未受人为因素影响的多年冻土天然上限逐年下降：在一定高度的路堤和设置保温护道等措施的共同作用下，路堤下冻土上限发生上移，多年冻土得到了保护。但同时，路堤阳坡、阴坡两侧地下温度场分布特征的差异也构成了路堤不均匀变形和产生路面裂缝的潜在威胁。     

软土地基上高填方地基稳定性分析

对于软土地基上填筑高土坡如果处理不当,高填土将会引起滑塌失稳等一系列工程灾害。采用Barron砂井固结理论和太沙基一维固结理论分析了软土地基在堆土荷载作用下的固结度。利用Bishop法和普通条分法分别计算了一次性堆载到最大高度和分级堆载到最大高度边坡的稳定性,并且考虑地基处理和固结的堆载地基稳定性,分析了不同排水工况下不同阶段土坡的稳定性,为工程施工操作具有有效的指导意义。     

高温–高含冰量冻土压缩变形特性研究

 高温–高含冰量冻土在外荷载作用下会产生较大的压缩变形,对路基稳定性产生极大影响。室内高温–高含冰量冻土恒载变温压缩试验表明：在较低温度－1.5 ℃,－1.0 ℃下,冻土的压缩量相对较小,而在较高温度－0.5 ℃,－0.3 ℃下,冻土的压缩量相对较大,且在－0.5 ℃、－0.3 ℃两级温度荷载下的压缩量占总压缩量的70%以上;温度是影响高温–高含冰量冻土压缩系数的主要因素,在高温区内,压缩系数随温度的升高显著增大,当温度为－1.5 ℃时,冻土压缩系数为0.04 MPa－1,而当温度升高到－0.3 ℃时,冻土压缩系数变为0.29 MPa－1。路基沉降变形计算表明：对于砂砾路面路基,当路堤高度大于临界高度时,在未来50 a内不会发生融沉变形,路基的最大沉降量约为20 cm,变形符合铁路稳定性要求;当路堤高度小于临界高度时,路基下冻土随着时间的延长会发生融化,产生融沉变形,导致路基变形急剧增大,造成路基失稳。     

基于统一硬化模型的路堤变形分析

软土具有压缩性大、渗透性低和固结变形时间长等特点,往往还有一定的超固结特性,这些特性给地基沉降的预估和计算增加了难度。统一硬化模型（UH模型）能够描述超固结土的硬化、软化、剪缩和剪胀等应力-应变特性以及应力路径对它的影响,其参数与剑桥模型相同。通过应用该模型,对三轴试验进行有限元分析,并对有限元分析结果与单元预测的结果...     

有限元方法分析影响加筋路堤效果的几个因素

加筋路堤是在路堤或地基的适当位置加入具有抗拉能力的土工合成材料而组成的土工结构物 ,如果加筋能有效工作 ,将会极大地提高路堤的稳定性。本文用有限元的方法分析了软土层厚度、加筋模量、加筋层数及位置、加筋—土界面强度、地基强度和施工速度等影响加筋效果的主要因素     

加筋高路堤陡边坡离心模型的研究

通过离心模型研究了不同布筋方案的加筋高路堤陡边坡的变形性态,滑动面形状,加筋对边坡沉降的影响,得出了中间加密布筋是加筋高路堤陡边坡经济合理的布筋方案的结论,其成果对于研究加筋边坡稳定性验算及设计理论具有参考价值.     

堤防工程生态固坡浅析

阐述了堤防工程中生态固坡技术的一般性原理，着重分析了生态固坡的岩土力学效应。参照树根桩计算的力学模式，把根系考虑为摩擦桩，根据加固后边坡中的力学平衡条件建议了深粗根加固坡体计算的本构模型。介绍了几种生态固坡新技术。     

基于指数法的分级填筑路堤沉降预测方法研究

在传统指数曲线拟合法基础上,提出一种软土地基上路堤分级施工情况下沉降预测新模型。该模型考虑了土体变形的非线性和固结性质随荷载的变化,将沉降拟合方程中的待定参数在两个不同荷载级中分别确定:利用有较长预压期的前一级实测沉降确定与土的固结性质有关的参数,其它参数则由需预测沉降荷载级中较短预压期内实测沉降确定。工程实例表明,本文模型预测的沉降与实测值有很好的一致性,可实现沉降的及早预测。