青藏铁路高温细粒冻土地区站场路基实体试验研究

青藏铁路站场路基比一般铁路路基宽度大,为此,在清水河高温细粒土地段进行了专门的现场试验研究。通过采用不同深度处地温场变化、上限变化、阴阳坡温度变化以及积温等分析方法,对该试验段3个冻融循环过程中监测到的温度场分析,并与普通路基的温度场数据进行对比。通过分析可以看出,站场路基下人为上限的上升幅度比普通路堤要大,路基表面以下同样深度处的地温,站场路基下的地温要低于普通路堤下的地温,因此路堤宽度较大的站场路基对多年冻土的保温效果比普通宽度的路堤好。由变形观测数据看出,冻胀量较小,变形主要为沉降变形,路堤阳坡冻胀板的变形量要大于路堤阴坡相应位置的冻胀板变形量。阳坡上层冻胀板最大沉降量是0.241 m;下层冻胀板最大沉降量0.237 m,且随着时间推移,变形趋于稳定。     

青藏铁路多年冻土区沼泽化斜坡路基稳定性研究

多年冻土地温变化使斜坡路基稳定性分析不同于普通土路基,其冻融交界面位置是制约斜坡路基稳定性的关键所在。通过对安多试验段3 a来的地温和变形监测,分析路基地温变化规律和变形特征,并计算预测了未来30 a内试验段地温的变化趋势,建立了当前和未来条件下的斜坡路基稳定性模型,并利用改进极限平衡法和规范法(不平衡推力法)计算分析了斜坡路基的稳定性。通过上述研究,取得以下认识和结论:①铁路路堤的填筑,引起多年冻土温度场重分布;由于坡向的不对称和几何不对称,使得地温场存在不对称,从而导致路基左右两侧沉降变形的差异;②路基的水平位移主要发生在路基人为上限以上土体,试验表明冻融交界面为斜坡路基的潜在滑移面;③利用改进极限平衡法和规范法计算斜坡路基稳定性系数约为1.19,须对其进行加固处理,如不对称设置热棒、下游埋设抗滑桩和加宽路基等;④数值分析的预测结果表明,第20年后,安多段试验段路基的多年冻土完全退化,在所预测的第10年最大融化期稳定性系数最小。     

多年冻土区公路路基阴阳坡温度及变形差异分析

 基于青康公路阴阳坡效应显著路段——K369路段路基的地温、变形监测资料,研究路堤内阴阳坡温度场差异及其对冻土路堤变形以及路堤稳定性的影响,分析路基地温、变形特征及其相互关系。研究结果表明：(1) 冻土路基在横断面上的差异沉降变形和其下地温场分布的不对称状况密切相关,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;(2) 坡向不同而引起的太阳辐射差异是造成阴阳坡热交换不对称的根本原因,也是造成路基横向差异沉降的根本原因;(3) 路基变形的发展较地温的发展有一个相对滞后的响应,这决定了路基最大沉降并不是发生在最大融化深度的时间。对有差异沉降的路基来说,阴阳坡两侧路基发生最大沉降的时间也不一致,阳坡一侧达到最大沉降的时间要滞后于阴坡。这种差异变形会随着时间加剧,最终导致路基纵向裂缝的发育进而严重影响路基的稳定性。     

青藏铁路桥头路基变形分析及治理方案

对青藏铁路多年冻土区某一桥头路基沉降变形及地温数据进行分析,总结出引起该桥头路基下沉的主控因素为:1热侵蚀,热侵蚀致使其下伏冻土融化,是引起桥头路基下沉的一个主要因素;2太阳辐射,路基两侧边坡表面吸收的太阳辐射能的差异影响着坡面热状况差异,进而影响到了路基横向的热差异,导致不平衡的冻融状态,产生不均匀沉降。提出了相应的治理措施,为同类地区桥头路基沉降的治理提供参考。     

桩板墙支挡结构半填半挖路基不均匀沉降影响因素及其控制标准

半填半挖路基由于挖方和填方岩(土)物理、力学性质、固结时间不同,密实度存在差异,工后往往会出现明显的不均匀沉降现象。桩板墙支挡结构半填半挖路基不均匀沉降变形主要由地基在填方荷载作用下发生的固结变形、路基填方在自身荷载作用下发生的压缩变形以及公路路基在行车荷载作用下发生的累计塑性变形等三个部分组成。当半填半挖路基间的不均匀沉降达到一定数值时,就会导致路面内的拉应力超过路面的极限抗拉强度,最终导致路面产生龟裂和破坏,影响公路的正常营运。结合绵茂公路桩板墙支挡结构半填半挖路基工程,分析了桩板墙支挡结构半填半挖路基不均匀沉降的影响因素,提出了桩板墙支挡结构半填半挖路基不均匀沉降控制标准。     

多年冻土区加宽路基温度场分析

分别针对8.5 m宽的具有混凝土路面和沥青路面的路基拓宽改建成17.0 m宽的具有沥青路面的路基温度场分布特性进行研究。研究发现,路基加宽后会加剧原冻土路基的多年冻土退化,使多年冻土上限下降速度加快。混凝土路面的路基加宽后形成的新路基温度场的对称性较好,在新路基下部形成关于新路基中心轴线对称分布的融化盘;而沥青路面的路基加宽后的新路基温度场对称性较差,在新路基下形成倾斜的融化盘。沥青路面的路基加宽后,其加宽部分路基中心处冻土上限高于原路基中心处,随着时间的增长,两者差距越来越小;但随着加宽时间的推迟,这种差距越来越大。沥青路面的路基加宽后形成倾斜的融化盘易使路基产生横向不均匀沉降,形成纵向裂缝,这种现象应引起重视。     

多年冻土区抛石护坡路基室内试验研究

多年冻土区道路病害主要是由路基下冻土温度升高融化下沉引起。由于阴阳坡差异引起路基不均匀沉降而导致的路面纵向裂缝病害严重影响了路基的稳定性。通过室内试验研究了在相同温度边界条件下普通路基和抛石护坡路基的温度分布特征,对比分析了两种路基结构的温度差异。结果表明:普通路基的阴阳坡两侧温度分布极不对称;铺设抛石护坡后,这种状况得到了很大改善,并且抛石护坡下土体温度明显降低;抛石护坡能够降低路基温度和调节路基阴阳坡的温度差异;抛石护坡是多年冻土区防治路基融沉和纵向裂缝病害的一种可行措施。     

青藏铁路片石通风试验路基沉降与普通路基裂缝解剖分析

青藏铁路清水河多年冻土试验段，平均海拔4470m，冻上年平均地温为-1．40℃～-0．46℃，冻土上限为1．5～3．5m，2001年9～11月施工。2002年10月前后，路基相继出现多条纵向裂缝。为研究试验段路基裂缝成因及片石路基沉降量较大等问题，2003年5月对DK1026＋630和DK1025＋583断面进行解剖分析，如实记录开挖路基基本情况，进行现场和室内试验，分析路基沉降和裂缝形成规律，计算路基沉降量。结果表明，路基沉降由在外荷载作用下路基本体的压密沉降和基底以下地层的压密和融化沉降两部分组成，由于两个路基断面填料压实度均匀良好，其沉降量主要来自于地层的压密变形和融沉，路基沉降量的计算值与实测值基本一致。DK1026＋630断面裂缝贯穿路基本体，为融沉裂缝，是由于路基阳侧原天然地面下泥狄岩风化物融化压缩引起路基体横向不均匀沉降造成的。由于片石有调解人为上限形态和抑制路基不均匀变形的作用，故片石路基没有产生融沉裂缝，但在竣工初期却表现出较大的沉降量。     

青藏公路湿地路段纵向裂缝形成机制及数值模拟

为揭示青藏公路纵向裂缝形成机制,基于可可西里垭口K3020+200处现场剖面观测及K3016+000处温度场测试结果,分析路肩下厚纯冰层的形成过程及其对路基稳定性的影响;并建立冻结及融化过程中路基纵向裂缝的力学模型,模拟湿地路段路基变形的发育过程。K3020+200处现场观测发现,在路肩、天然地表下存在厚纯冰层;K3016+000处路基不同深度地温时程曲线表明,越接近路表地温的变化幅度越大,路基内部地温变化滞后于路表,地表水经土路肩、边坡及坡脚下渗致使路肩及坡脚处多年冻土上限下降,即路基内部多年冻土上限呈拱形分布。研究结果表明,地表水下渗直接导致厚纯冰层的形成,路肩下厚纯冰层的形成及融化是路基不均匀变形、纵向裂缝形成的直接原因。     

青藏铁路多年冻土区润湿地段斜坡路基温度与变形分析

 为研究青藏铁路高温高含冰量斜坡润湿地段路基稳定性,在青藏铁路K1139+940处开展地温、变形监测,分析路基地温、变形特征,建立温度、水分与变形耦合方程,预测斜坡水分运移对路基温度和变形的影响。结果表明：(1) 斜坡路基阴阳坡效应明显,阳坡年平均温度比阴坡高2.5 ℃以上;(2) 路基运营初期,左路肩下冻土上限下降、地表升温,而右路肩下上限抬升、温度降低,温度场的横向非对称分布导致明显的路基横向变形差异;(3) 活动层水分渗流对路基阳坡下部温度和变形影响最明显,路基中心次之,阴坡最小,水分渗流加速了路基的升温和变形过程、加剧了路基温度场和变形的非对称分布;(4) 斜坡路基运行50 a后,斜坡路基下部含土冰层全部融化、路面最大横向变形差异达到18 cm。对于含水量较高的斜坡地段,水分渗流对温度场和变形的影响不可忽略。     

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。     

玉树与青海主网330kV联网工程冻土基础稳定性研究

玉树与青海主网330kV联网工程是继±400kV青海一西藏直流联网工程之后我国在高原多年冻土区建立的又一条高压输电线路,不同于±400kV青海一西藏直流联网工程,该线路穿越了青藏高原东南边缘部,处于多年冻土与季节性冻土的过度地带,其冻土特征更为复杂。通过2013年近1年的观测结果表明：该联网工程大部分铁塔的基础底部已处于临界冻结状态,变形也基本在设计允许的可控范围内,说明塔基周围地温系统已经逐渐向冻土原始地温恢复中。     

海域扩宽公路的变形特征及数值模拟分析

随着我国经济社会的发展,道路扩宽工程日益增多,然而针对海域公路这一特殊工况下道路扩宽的报道及研究尚少。本文以海域公路拓宽为背景,结合数值分析,研究了原有路堤和拓宽路堤的沉降变形规律,并在原有地基不同固结度条件下的新路堤拼宽变形及稳定予以分析,结果表明:地基沉降和水平位移主要发生在软土浅层,新路堤下土体侧向位移均向外侧,地基土的侧向挤出是导致原有路堤不均匀沉降的重要原因;在拓宽荷载作用下,在新旧路堤结合面及其附近会产生过大的剪应力,同时地基内超静孔压分布表明路堤结合部的稳定性最差;原有地基的固结情况对拼宽路段的工后沉降及边坡稳定影响较大,但当固结度达到95%后其影响降低,建议原有地基固结度达到95%时进行道路拼宽作业。     

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。     

ANSYS软件命令流在冻土路基稳定分析中的应用

详细介绍了ANSYS软件命令流方式在青藏高原多年冻土路基稳定分析中的应用,计算表明命令流方式可极大地提高计算速度,通过对多年冻土路基稳定性计算结果的后处理,得出多年冻土路基稳定性随时间的变化规律,且该变化规律与实测基本一致。     

基于遮阳理论冻土区路基及周边冻土表面辐射分析

 冻土区路基各表面间太阳辐射的差异引起路基发生横向非均匀变形。目前所采用的基于太阳入射角的分析方法,未能充分考虑到冻土区高路基遮阳效应对周边冻土的影响,特别是在对路基坡脚附近冻土分析时与实际工况存在很大的偏差。基于太阳辐射强度和路基影子轨迹随时间的变化规律,提出利用遮阳理论分析路基表面太阳辐射的分析方法。通过对比K. Y. Kondratyev关于倾斜面接收太阳辐射的描述和工程实测数据,验证遮阳理论分析方法的正确性。基于遮阳理论提出直射率概念,并获得路基表面温度计算的经验方程。分析表明,冻土区路基各表面的太阳辐射之间存在明显的差异,其差异性与路基走向、坡度等影响因素密切相关。对于坡度较大的高路基,路基的遮阳效应也会引起路基周边冻土表面出现明显的非均匀太阳辐射,表现为越靠近路基坡脚辐射量越小,阴坡坡脚处辐射量小于阳坡坡脚处辐射量,这种太阳辐射的非均匀分布在路基的稳定性分析中应予以考虑。     

柴木铁路多年冻土路基工程措施效果对比研究

为保护多年冻土区铁路路基稳定性,青藏铁路采用了诸如通风路基、块石路基、热棒等一系列主动保护措施,这些措施为保证青藏铁路路基稳定性起到了很好的效果。为研究这一系列主动保护措施在高温、高含冰量沼泽湿地多年冻土区的应用效果,本文选取年降水量较大、地温较高的柴达尔—木里铁路(柴木铁路)江仓段(DK92+000～DK99+500)作为观测场,该观测场主要采用了块石路基和热棒两种主动保护措施。通过分析块石路基、热棒路基及无措施路基试验断面2007年至2010年的测温结果,结果表明:在高温、高含冰量沼泽湿地多年冻土区,铁路路基采用块石路基、热棒措施对保护其下部多年冻土较无措施路基作用明显,块石路基和热棒路基试验断面下多年冻土上限抬升、地温降低,同时,对东南—西北向路基采用左侧两排、右侧一排热棒的不对称布设方式起到消除路基下部温度场不均匀性的作用。