重塑粘质黄土冻胀敏感性试验分析

以沈哈高速铁路沿线具有代表性的粘质黄土为研究对象,在室内冻胀试验条件下,研究了非饱和含水量、冷端温度、冻结速率、补水条件以及冻融循环对土体冻胀特性的影响。试验表明,在封闭系统下,非饱和土体冻胀系数随含水量增大而增大,且最终趋于一个稳定数值;封闭系统下,随着冷端温度的降低,含水量较大土样的冻胀系数逐渐减小,含水量较小土样的冻胀系数逐渐增大;开放系统下,土样冻胀系数随冻结速率的减小逐渐增大,且增幅越来越大;外界补水条件下,土体冻胀量增加显著,但随含水量的增大,其影响逐渐减弱;干密度较小土样的冻胀总变形随冻融循环次数的增加呈指数递减的趋势,干密度较大土样则呈指数增加的趋势。     

青藏高原北麓河地区热融湖塘冰晶体和气泡特征分析

青藏高原的季节性冰盖不仅改变局部大气下垫面和气-水-地热交换形式;同时也是交通、水利工程建设不可忽略的因素。作者首次开展青藏高原北麓河地区热融湖塘冰的生消过程和冰内部晶体及气泡特征的现场观测。结果发现热融湖塘冰盖层内存在两类典型气泡,并分为大气泡区和小气泡区,气泡含量随冰的生长而减少。整个冰层为柱状晶体,粒径随深度增加而增大。冰密度随气泡含量的不同而变化较大。本文综合气象和地质因素来分析其形成机理。     

Changes in permafrost environments caused by construction and maintenance of Qinghai-Tibet Highway

The sideward permafrost along the Qinghai-Tibet Highway (QTH) contains massive ground-ice and is at a relatively high temperature. Under the influence of the steady increase of human activities, the permafrost environment has been changed greatly for a long time. At present, the permafrost becomes warm and rapidly degenerates, including the decline of the permafrost table, rising of the ground temperature, shortening of the length of frozen section, and extension of range of melting region. Some thaw hazards (e.g. thaw slumping and thermokarst pond) have widely occurred along both sides of the roadbed. In addition, due to the incomplete construction management, the vegetation adjacent to the highway is seriously damaged or eradicated, resulting in the land desertification and ecosystem out of balance. The dust, waste and garbage brought by drivers, passengers, maintenance workers, and transportations may also pollute the permafrost environment.     

重塑粘质黄土冻胀敏感性试验分析

以沈哈高速铁路沿线具有代表性的粘质黄土为研究对象,在室内冻胀试验条件下,研究了非饱和含水量、冷端温度、冻结速率、补水条件以及冻融循环对土体冻胀特性的影响。试验表明,在封闭系统下,非饱和土体冻胀系数随含水量增大而增大,且最终趋于一个稳定数值;封闭系统下,随着冷端温度的降低,含水量较大土样的冻胀系数逐渐减小,含水量较小土样的冻胀系数逐渐增大;开放系统下,土样冻胀系数随冻结速率的减小逐渐增大,且增幅越来越大;外界补水条件下,土体冻胀量增加显著,但随含水量的增大,其影响逐渐减弱;干密度较小土样的冻胀总变形随冻融循环次数的增加呈指数递减的趋势,干密度较大土样则呈指数增加的趋势。     

青藏铁路沿线热融沟发展特征及其对路基热稳定性的影响

热融沟是多年冻土区常见的一类热融现象,其本身的沉陷及其侧向热侵蚀会对冻土区路基工程造成危害。随着气候变暖及人类活动的不断增加,热融沟的危害将是冻土路基工程病害防治必须面对和解决的重要问题之一。以青藏铁路现行里程K980+000处路基西侧一典型发育的热融沟为研究对象,通过对地温和变形监测的结果表明：该热融沟在两年内下沉了近15 cm,下沉速度约7～8 cm·a^-1,下沉主要发生在每年8～10月。热融沟沟肩不断向沟内滑移,0.5 m深度的水平位移大约是5 cm·a^-1。热融沟年平均地温高于该地区天然孔平均地温约0.5℃,热融沟每年从4月开始吸热,吸热期233 d,单位面积吸热约为3300 kJ·m^-2。热融沟对附近冻土路基产生较大影响,每年侧向进入路基的热量达近70000 kJ,从而可能会导致冻土路基温度升高,稳定性降低。     

季节性冻土区高速铁路路基填料及防冻层设置研究

 由于高速铁路对变形的高要求,在季节性冻土区修筑高速铁路,路基的防冻胀问题尤为关键。通过借鉴、分析国内外各行业对地基、路基填料的冻胀敏感性分类,以及国内外公路、铁路等行业对防冻层设置的具体技术要求和工程措施,结合哈大客运专线工程具体要求,讨论适应我国季节性冻土地区高速铁路路基填料的冻胀分类的技术指标。通过现场监测数据对比分析冻胀量沿路基冻深的分布状况,发现高速铁路路基冻胀变形量的70%出现在路基基床底层上部,以此来评价防冻层设置厚度。并应用有限元法进行数值计算,结果表明,使用改性A,B组填料的路基最大冻结深度要较使用普通A,B组填料的路基小20～30 cm,同时回暖速度也快于普通路基,说明使用改性填料的路基具有良好的保温效果和升温速率。     

季节冻土区高速铁路路堑段路基稳定性试验研究

新建哈大客运专线穿越东北中部山前平原，其中有10 km长为地下水埋深很浅的路堑段，冻胀问题突出。基于对长春西客站附近的路堑段开展的路基水热状况监测，分析路基填筑主体及其下土体水热条件时空变化过程及其对冻胀的影响，并评价运营前路基变形特性。结果表明，在现有设计和正常施工条件下，路基热稳定性良好，总体相对变形量未超过7 mm，上层冻胀变形量占据总体冻胀量的60%以上，且与地温呈负相关关系，并随着冻深而逐步减少；路基中设置的封闭复合土工膜阻隔外界水分向路基基床主体迁移，使得基床土体含水量基本稳定，从而减少分凝冰的形成；地温变化的趋势和分布特征与基床部位和表层工程措施相关：轨道板和钢筋混凝土基座增大路基的热阻，使得地温等值线在其下呈现略微“上抬”的趋势。同时正线两侧联络线使用的传统道碴层，因其降温机制使得其下的地温呈现略微“降低”的趋势。双向线路中间的排水沟下方冻结深度增大，而路基两侧的排水沟由于使用不同的工程构件，使得该部位下方及临近部位的冻结深度变化与路中排水沟下的略有不同。综合监测结果显示，监测期间试验段路基热力学稳定性良好。     

季节冻土区保温路基设计参数

运用土壤冻结条件下水热耦合输移的基本方程和数值方法,模拟分析在不同的埋深、宽度、厚度和施工季节条件下,铺设XPS保温材料板对路基下季节冻土最大季节冻结深度在以后50年内随时间的变化。在数值模拟的基础上,提出在季节冻土区铁路路基工程中埋设保温层的合理深度、宽度及施工季节;总结分析保温板厚度和路基填土高度之间的关系。     

季节冻土区保温路基设计参数

在季节冻土区,尤其是在深季节冻土区,冻害对铁路路基寿命有着严重的影响,因而抑制路基冻胀是季节冻土区路基设计的基本原则。本文对铺设保温层的效果,运用土壤冻结条件下水热耦合输移的基本方程和数值方法,模拟分析在不同的埋深、宽度、厚度和施工季节条件下,铺设XPS保温材料板对路基下季节冻土最大季节冻结深度在以后50年内随时间的变化。在数值模拟的基础上,提出在季节冻土区铁路路基工程中埋设保温层的合理深度、宽度及施工季节;总结分析保温板厚度和路基填土高度之间的关系。     

青藏高原热融湖对冻土工程影响的数值模拟

热融湖的侧向热侵蚀对周围冻土工程产生较大影响。在柱坐标下,运用带相变的数值热传导模型,预测了热融湖影响下冻土路基的地温场发展状况和可能造成的工程病害。预测结果表明：在不考虑湖岸坍塌后退、面积扩大的情况下,热融湖对冻土路基的热影响主要受湖底年平均温度和湖边到路基的距离两个因子的影响。湖底年平均温度越高,对路基的热影响越严重;湖边到路基的距离越近,对路基的热影响亦越严重。突出的表现在坡脚、路基中心平均地温升高和融化夹层在水平、竖直方向的发展。如果考虑热融湖的湖岸坍塌后退,实际增温要比模拟的结果更明显,影响更严重。