路基保温护道对多年冻土地区公路改建的预拓宽效应分析

为了研究保温护道对拓宽路基温度场的先期影响,根据青藏公路保温护道试验路观测数据,对冻土地温和冻土上限变化过程进行分析,通过建立拓宽路基有限元模型,在考虑护道对冻土层产生先期影响的基础上,计算路基拓宽对路肩下多年冻土热稳定性的影响。结果表明:阳坡侧的保温护道加速了下伏冻土层的退化,高温冻土区阳坡侧的护道对冻土层的影响大于低温冻土区,阴坡侧护道对冻土层热稳定性影响较小;阳坡侧护道对冻土层产生预融效果,使得阳坡侧路基拓宽后路肩下冻土上限未出现明显下降,产生一种预拓宽的效应,对拓宽路基稳定性有利;阴坡侧护道对路基拓宽热稳定性影响较小,无论先期有无护道,路基拓宽后路肩下冻土上限变化过程无明显差异。     

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碎石护坡与片石护道路基冷却效果对比分析

碎石护坡和片石护道都是积极主动保护多年冻土路基的工程措施。左(阳坡)、右(阴坡)路肩不同深度年平均地温呈现逐年降低的趋势,路基体中冷储量不断增加。同时,冻土上限呈现逐年抬升的趋势。两种工程措施各有利弊:与碎石护坡路基左路肩土体对比,片石护道路基左路肩上半部土体年平均地温略高,热稳定性偏低,冻土上限偏低;下半部土体年平均地温略低,冷储量偏多,热稳定性偏高。与碎石护坡路基右路肩对比,片石护道路基右路肩土体年平均地温偏低,热稳定性偏高。     

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。     

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。     

高温冻土区高速公路特殊结构路基地温分布特征及降温效果分析

根据青海省共(和)玉(树)高速公路特殊结构路基的地温监测资料,对3种路基(XPS保温板路基,碎石路基和通风管路基)填土与地基土的地温变化情况及冻土人为上限变化与天然上限附近热流密度状况以及路基温度场的非对称性进行对比分析,研究3种路基的地温分布特征及降温效果。测试结果表明:(1)3种路基在左、右路肩的不同深度处均呈现出明显的升温趋势,观测期内,XPS板路基升温幅度最大;碎石路基次之,通风管路基最小;(2)路基修筑完成初期,3种路基的多年冻土人为上限均存在不同程度抬升;到第3年,3种路基下多年冻土人为上限均下降;(3)3种路基的冻土上限附近热量收支均呈吸热状态,吸热量大小顺序为XPS板路基碎石路基通风管路基;(4)3种路基内部温度均呈左高右低的不对称分布。综上研究结果,建议在今后高温冻土区的高速公路建设中优先采用通风管路基。同时,为减小地温不均匀分布造成的路基纵向裂缝等病害,路基的横断面应采取差异化设计的原则。     

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。     

多年冻土区铁路路基阴阳坡面热状况差异分析

对于多年冻土地区的工程建设而言,人类活动所诱发的局部多年冻土环境的改变远甚于气候变暖的效应。整体而言,路基阳面的沉降变形普遍大于路基阴面,预示着阳面多年冻土的融化更为剧烈。基于青藏铁路北麓河试验场的现场监测资料,分析了路基阴阳坡面热状况的差异。结果表明,路基阳坡面年平均温度比路基阴坡面可以高出3℃以上,冬季路基阳坡面温度较高对阳坡面整体高温贡献较大。路基阴阳坡面、路基顶面的温度年较差均比天然地表高,预示着路基填土表面地气热交换周转量比天然地表大。路基阴阳坡面热状况的差异会导致路基下伏土层温度场的不对称性,由此可能引起路基横向的不均匀变形。     

高温冻土区高速公路特殊结构路基地温分布特征及降温效果分析EI北大核心CSCD

根据青海省共(和)玉(树)高速公路特殊结构路基的地温监测资料,对3种路基(XPS保温板路基,碎石路基和通风管路基)填土与地基土的地温变化情况及冻土人为上限变化与天然上限附近热流密度状况以及路基温度场的非对称性进行对比分析,研究3种路基的地温分布特征及降温效果。测试结果表明:(1)3种路基在左、右路肩的不同深度处均呈现出明显的升温趋势,观测期内,XPS板路基升温幅度最大;碎石路基次之,通风管路基最小;(2)路基修筑完成初期,3种路基的多年冻土人为上限均存在不同程度抬升;到第3年,3种路基下多年冻土人为上限均下降;(3)3种路基的冻土上限附近热量收支均呈吸热状态,吸热量大小顺序为XPS板路基>碎石路基>通风管路基;(4)3种路基内部温度均呈左高右低的不对称分布。综上研究结果,建议在今后高温冻土区的高速公路建设中优先采用通风管路基。同时,为减小地温不均匀分布造成的路基纵向裂缝等病害,路基的横断面应采取差异化设计的原则。     

青藏铁路沿线多年冻土区气温和多年冻土变化特征

 受气候变暖影响,青藏高原多年冻土目前处于退化状态,将会对多年冻土区的工程稳定性及生态环境产生显著影响。基于青藏铁路沿线多年冻土区4个气象站1955～2011年的气温及风火山冻土定位观测站阳坡侧15 m和阴坡侧35 m两个天然测温孔连续35年的实测地温资料,对年平均气温变化特征和多年冻土退化过程进行分析。结果表明：青藏铁路沿线多年冻土区的年平均气温从20世纪50年代后期开始逐渐升高,进入70年代后呈下降趋势,80年代中期又开始逐渐升高,2000年左右开始加剧上升,升温速率呈逐渐增大的特点;风火山地区阳坡侧多年冻土年平均地温在1978～2014年升高0.91 ℃,阴坡侧在1964～2014年升高0.58 ℃,多年冻土处于退化状态;在多年冻土的退化过程中,地温曲线类型发生着转变,阳坡侧地温曲线由最初的正梯度型转变为过渡的零梯度型,又转变为目前的负梯度型,阴坡侧地温曲线目前处于正梯度型向零梯度型过渡的阶段;阴坡侧多年冻土的退化程度远小于阳坡侧,阴阳坡冻土特征的差异主要是由寒季地温差异造成的;天然上限对年平均气温的变化较为敏感,其变化规律与气候变化规律呈显著的相关性。     

青藏高原多年冻土区热融滑塌型斜坡失稳研究

以发育于青藏高原多年冻土区平缓斜坡上的两处热融滑塌为例 ,研究了热融滑塌发育的斜坡地质、冻土条件及变形特征。该类滑坡扩展范围、滑动速率、土体含水量的变化随气温变化及斜坡坡向的不同存在着差异 ,滑坡产生的根本原因在于高含冰量冻土的存在及斜坡开挖影响 ,对热融滑塌的工程治理应从保护冻土的原则出发选择措施 ,还需注意设置良好的隔水、排水措施。     

退化性多年冻土地区公路路基地温和变形规律

 青藏高原多年冻土地区公路路基地温、变形监测资料表明,在工程活动和气候变暖双重作用下,路基下多年冻土普遍存在着上限下降和地温升高等特征退化,从而产生了以融沉为主的公路路基病害。基于青藏公路唐南段和青康公路K369段路基地温和变形的现场监测资料,总结退化性多年冻土地区路基的两类典型变形——横向不均匀变形和横向均匀变形规律,并分析路基地温、变形特征及其相互关系。结果表明,多年冻土地区路基的稳定性,最终取决于路基下伏冻土的地温变化和含冰量状况,其温度状况和路基路面的变形紧密相关。对于横向不均匀变形路基,多年冻土地区路基温度场的不对称性导致路基下多年冻土人为上限在路基下差异巨大,土层冻融状态的不对称最终引发路面变形在横向上的差异。退化性多年冻土区横向变形不均匀路基全年以沉降变形为主,且左、右沉降量差异较大,易于诱发纵向裂缝病害。对于横向变形均匀路基,退化性多年冻土地区公路路基变形以下沉变形为主,绝大部分路段没有明显的冻胀变形过程或冻胀变形很小,基本表现为年际的均匀沉降变形。横向变形均匀路基横向上变形比较均匀,年变形量相差不大,路基变形对路基稳定性和路面的影响较小。由于沿路基走向工程地质条件的差异,可能会形成局部沉降或波浪沉降变形病害。     

黄土贴坡高填方变形破坏机制研究

受地形条件限制,黄土山区贴坡高填方工程近年逐渐增多并出现了一些失稳事故,亟需对其变形破坏机制进行研究。以黄土梁地形上某机场建设工程中的失稳贴坡高填方为例,通过现场详勘与工程地质调查,分析并总结了这类边坡的结构特点及变形破坏的关键影响因素,进而针对性的开展了压实黄土增湿变形试验、Q2离石黄土高压湿陷试验、CTC及RTC路径三轴试验,结合现场资料与室内试验结果对其变形破坏机制进行了研究。结果表明:下覆地形高差导致填方厚度差异,进而引起的坡顶地面差异沉降裂缝是诱发后续变形破坏的必要条件。黄土贴坡高填方变形破坏机制可以概括为:工后土体固结沉降、填土增湿及黄土高压湿陷沉降致裂→水分沿裂缝入渗软化土体→形成中部初始滑面→前部土体加载增湿破坏→后部土体卸荷增湿破坏→锁固段土体加载增湿破坏→滑面贯通整体失稳。该结果有助于加深对贴坡高填方变形破坏演化过程的认识,可以为这类边坡的防治工作提供科学依据。     

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。     

降雨条件下含软弱夹层土坡的离心模型试验研究

进行了降雨条件下含软弱夹层黏性土坡的离心模型试验。试验主要研究了降雨条件下坡体的吸力和变形规律,重点分析了软弱夹层对坡体的影响。测量了含软弱夹层黏性土坡的位移和土坡内一点的吸力。试验结果表明由于软弱夹层的遇水软化和高渗透特性,降雨后含软弱夹层黏性土坡在软弱夹层发生滑出。降雨条件下含软弱夹层黏性土坡的变形可以分为均匀变形、错动阶段和滑坡3个阶段。对降雨过程中的吸力变化与坡体应变变化进行了分析,表明可以通过坡体中各点应变的发展反推出降雨入渗时刻和分布。软弱夹层的存在造成了降雨入渗分布的变化,导致了坡体错动带在该处不再连续,并降低了边坡的稳定性。     

反复微震作用下顺层及反倾岩质边坡的动力稳定性分析

水库蓄水后诱发的高频次微小地震在一定程度上会对区域地质体的稳定性产生重要影响。本文采用振动台试验、UDEC数值分析方法,对顺层、反倾两类典型岩质边坡在反复微小地震作用下的动力稳定性进行了深入研究。结果表明:两类边坡的加速度响应均表现出"高程效应"和"趋表效应",且随地震作用次数的增加,坡体损伤(表现为层面与次级节理的起裂、扩展、贯通)不断累积,造成两类边坡的动力响应均呈现减弱的趋势;在反复微震作用下,边坡自振频率减低和阻尼比增大是其动力特性变化的基本规律;边坡累积永久位移随着地震作用次数的增加而增加,而稳定性系数则呈现递减趋势;在反复微震作用下,顺层坡的后缘竖向拉裂缝逐渐向下扩展并与下卧层面连通,边坡主要发生沿层面的整体滑移失稳模式;反倾坡首先在坡肩及坡面出现块体崩落,随后上部岩层逐层剥落,最终形成圆弧形破坏面,边坡以坡肩处发生落石、中上部岩层发生崩塌为主要破坏特征。     

中膨胀土路堤包边方案及其试验验证

中膨胀土具有较强的吸水膨胀软化特性，其CBR值低于3％，不能满足路基对填料的强度要求，若用作路基填料必须进行处理。对中膨胀土路堤包边方案进行深入论证，对中膨胀土包边路堤边坡稳定性、路基强度与变形及石灰包边层的保湿作用进行分析。分析结果表明：中膨胀土包边路堤具有较好的浅层稳定性和整体稳定性；包边条件下，填土具有较高的强度和较低的变形，满足路用要求；包边层具有良好的防风化和保湿作用。在此基础上，提出中膨胀土路堤包边方案，并通过现场试验进行验证，试验验证表明，石灰包边方案能经受当地自然条件和气候条件的影响，能保证路基的稳定和安全营运。     

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。