纵向布管调控冻土路基温度场的模拟试验研究

在多年冻土地区修建铁路,为确保冻土路基的稳定,应使路基长期处于冻结状态。通过分析影响冻土路基温度场的主要因素,建立冻土路基模拟试验装置;在路基内部纵向布置调控管,进行冬季采集天然冷量和冬季采集天然冷量同时夏季辅助利用人工制冷冷量来调控冻土路基温度场的模拟试验。试验获得了采集天然冷量和采集天然冷量同时辅助利用人工制冷冷量调控路基时路基内部温度场的变化情况。试验结果表明,采集天然冷量同时辅助利用人工制冷冷量可有效地维护冻土路基的稳定。     

青藏高原多年冻土区铁路路基热稳定性研究

铁路路基的稳定性，是高原多年冻土地区铁路修筑技术研究的核心。土体温度在冻土强度、变形、冻土生消等方面影响多年冻土区铁路路基的稳定性。在评价多年冻土地区铁路路基的稳定性时，首先要评价其热稳定性，而且要评价路基基底或边坡多年冻土在修筑路基后的热稳定性。     

柴木铁路热棒试验断面冷却效果研究

柴达尔至木里铁路是青海省地方铁路,全线均有多年冻土分布,依据青藏铁路热棒应用的成功经验,其部分路段施行了热棒冷却措施。不同于青藏铁路沿线气候和冻土条件,柴木铁路热棒应用效果有待于检验。设置三个试验断面,分析了气温条件,比较研究了热棒和无热棒路基地温变化的不同,结果表明:(1)柴木铁路大风频繁、气温低、温差大的气候条件有利于热棒的应用;(2)无热棒断面路基地面深度3 m以下地温波动较小,长期稳定在-1 ℃附近;(3)在第二个冻融周期的冬季,热棒能够有效地降低路基温度;(4)热棒断面路基第二年的冬季降温效果非常显著,冻土上限最大抬升了1.5 m。热棒冷却措施能够保障柴木铁路多年冻土路基稳定,为铁路的正常运营提供保证。     

气候变暖条件下青藏铁路新型路基结构温度场特征非线性分析

由于铁路道碴层和碎块石铺层可以看成是多孔介质,根据多孔介质流体动力学理论,针对青藏铁路的气温和地质条件对路堤高度均为5.0m的传统道碴路基和两种新型路基结构(水平抛石路基和U形抛石路基)的温度场在全球气温变化的背景下进行了分析和比较。结果表明:在年平均气温为-4.0℃,未来50年气温上升2.6℃的情况下,传统道碴路基将会引起其下伏多年冻土的严重退化;水平抛石路基能够抵消气候变暖和铁路修建所带来的负面影响,但其下部冻土温度仍处于较高状态;而U形抛石路基则可以有效降低其下部土体的温度,确保路基的稳定。因此,在全球变暖的大趋势下,推荐该种U形抛石路基作为青藏铁路高温冻土区的路基结构,以便采用优化路基结构最大限度地利用“天然冷源”来确保冻土区的铁路安全。     

青藏公路冻土路段冻土过程的变化和控制建议

本文通过青藏公路沥青路面下冻土地温观测，分析冻土过程变化的主要原因。根据青藏公路楚马尔河高平原段的地温温度行一年观测结果，分析活动层的热状态，并通过热状态方程预测人为多年冻土上限的变化，给出了冻土变化的控制建议。     

降雨增加对多年冻土区铁路路基水热影响研究

近50 a青藏高原湿化趋势显著,降雨变化导致地表能量平衡过程、活动层水分状况和水热输运过程改变。以青藏高原北麓河铁路路基试验段水分监测为基础,基于土壤–地表–大气能量平衡的冻土水–汽–热耦合模型研究在未来降雨变化情景下,降雨对冻土路基水热的影响机制与过程。结果表明:近6 a路基水分监测显示,虽然青藏高原年降雨量变化较大,夏季降雨引起土体表层水分短期显著波动,但长期路基含水量并未明显累积,路基蒸发、液态水与水汽运移显著;在未来湿化背景下,年降雨量增大导致地表潜热增大地表土壤热通量减小,降雨增大导致的热传导通量减小量比液态水对流热通量增大更大,人为冻土上限抬升;降雨增加缓解了路基工程对下伏多年冻土的热扰动,但降雨增加导致活动层水分累积,增大路基冻胀和融沉灾害风险。     

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基热—力稳定性数值仿真分析

结合冻土流变学、冻土物理学、冻土力学和传热学等相关学科的基本理论,并考虑水分场与温度场的耦合作用及温度对冻土路基力学特征的影响;同时引入冻土野外试验蠕变方程,进而建立了冻土路基的水、热、力（蠕变）分析数学模型,并编制了相应的有限元计算程序。随后,以青藏铁路某试验段路基为例,对多年冻土区路基的热—力稳定性问题进行了系统研究,并通过与现场实测数据对比发现,所建立的冻土路基热—力理论模型正确合理,较好地分析预测了青藏铁路多年冻土路基的长期稳定性。     

多年冻土区路桥过渡段沉降特性数值模拟研究

通过ANSYS有限元数值模拟软件研究了热棒在多年冻土区路桥过渡段的作用,研究结果表明:埋设热棒以后在路基下形成了一个低温冻土核,明显改变了路基温度场的分布特征,热棒工作期间其周围土体温度被大大降低。研究结果对完善多年冻土区路桥过渡段工程热防护设计方法,改善其技术状况,保证多年冻土区铁路安全运营具有重要的现实意义。     

青藏铁路粒径改良路基热状况分析

基于青藏铁路北麓河试验段粒径改良路基、普通路基、天然场地的地温监测资料,定量分析了3种方式下土层的热状况变化特征。结果表明:修筑有路基的吸热量大于天然场地的吸热量;粒径改良路基经历的融化期略长于天然场地,但远短于普通路基。从热收支状况来看,粒径改良路基放热强度大于吸热强度,总体呈现出放热状态,但同天然场地相比,热收支变化不甚突出。粒径改良路基有使路基表层热收支趋于天然状态的趋势,具有保护多年冻土的作用,是一种积极保护冻土的较好的措施。