局部超低温制冷治理多年冻土路基融沉的数值模拟研究

青藏铁路路基在全球升温和人为施工热扰动等不利因素的影响下会出现融沉现象,针对多年冻土地区升温引发的路基融沉问题,提出了采用超低温短时制冷进行工程抢险和维护冻土路基稳定的方法。主要分析短时超低温制冷方法在不同的布管位置(路基和坡脚地层)、布管角度(水平管和倾斜管)、管长度(5 m、7 m)和制冷时间等因素影响下路基温度场、冻土上限和融化盘的变化。研究表明:超低温制冷方法是一种高效治理融沉灾害的抢险施工工法;管长越长冻土交圈时间越短,因为超低温的制冷效率高,可以在短时间内使路基处于负温状态,显著提高承载力;路基水平管的冻结效果好,坡脚处的冻结效果差;冻土上限可以在短时间内最高提升5 m,融化盘面积大大减少甚至可以被消除;路基内最高温度可以降低2℃,路基的最大融化深度可以降低4 m。综上所述,只要施工采取适宜的布管方式就可以在短时间内使整个路基处于负温状态,同时提高路基的承载力,达到很好的工程抢险效果。研究成果对治理多年冻土地区路基病害具有参考价值。     

高原冻土地区公路路基回填材料优选及施工技术

以中国一带一路重点项目西藏羊大公路(羊八井至大竹卡公路)改建工程为依托,研究了高原冻土地区公路路基施工优化设计,提出了拟采用的4种公路路基回填材料方案,分别为原土基层、天然级配砂砾+水泥稳定砂砾基层、粉质黏土+气泡混凝土基层、人工级配砂砾+宕渣基层,面层均采用中粒式沥青.利用有限元分析软件MIDAS-GTS NX建立路...     

青藏铁路二期土建工程第十九标段冻土路基设计原则及施工保障措施

针对青藏高原冻土地区不同的路基设计原则,采取不同的路基冻土施工保障措施,如片石通风路堤、热棒等,以确保青藏铁路格拉段建成后尽可能少地发生病害.     

交通荷载与冻融作用下黄土累积变形研究

为揭示季节性冻土区路基黄土在循环交通荷载和冻融作用下的累积应变特性，进行循环加载试验，探讨冻融循环次数、含水率、动应力幅值、振动频率对冻融后黄土累积塑性应变的影响。结果表明，在试验条件范围内土体并未破坏，产生的累积变形较小且累积应变曲线皆表现为稳定型；循环荷载作用下产生的累积应变随冻融循环次数、含水率、动应力幅值的增加而增大，随振动频率的增加而减小。根据试验结果，提出了考虑冻融循环次数的累积应变指数双曲函数预测模型，并利用试验数据验证了模型的合理性。研究结果可为季节性冻土区路基黄土的沉降预测提供参考。     

季节冻土区与多年冻土区的冻胀浅析

我国的冻土分布比较广,冻土区包括多年冻土区和季节冻土区。凡温度为负温或零温,并含有冰的各种土均称为冻土。冬季冻结、夏季全部融化的土层称为季节冻土,也称季节冻结层又称为季节作用层、活动层,其下部则为常年处于正温状态的暖土层,这种地区叫做季节冻土区。冻结状态持续2年以上的土层称为多年冻土,这样的地区称为多年冻土区。1冻土层内水分变化在多年冻土区,季节冻土层在冻结过程中,其地下水(多年冻土层上水)往往形成封闭系统,即没有外部补给水源,其水分转移是不充分的。冻结时,水分有向冻结面迁移的规律,所以其季节冻土层受双向影响,…     

冻土地区水电工程衬砌渠道及建筑物冻胀破坏的因素及防范措施

我国冬季冻土地区主要分布在西北、华北及东北地区,面积约513．7万km^2,占国土面积的53．5％。近几年来,国家加大了对冻土地区水利工程的配套、建设和治理力度,由于平均气温都在-10℃以下,最大的冻土深度在0．8～18m之间,冰冻期长达4个月之久,因此,水电工程衬砌渠道受建筑物冻胀破坏是冻土地区普遍存存的问题,经调查,其中有12％遭受严重冻胀破坏。     

黄河源区冻土变化特征及其与温度的关系

利用黄河源区9个气象站1997—2018年的逐日气温、地表温度和冻土深度资料,使用线性趋势分析法,基于ArcGIS的反距离权重插值法、高程插值法和相关系数法,对黄河源区温度和季节性冻土最大冻结深度以及封冻期起止时间进行分析,研究最大冻结深度与温度的相关关系。结果表明：黄河源区季节性冻土的最大冻结深度分布具有较明显的纬度分带性和垂直分布性,纬度较高地区大于纬度较低地区,海拔较高地区大于海拔较低地区。同时纬度高海拔高的地区相较于纬度低海拔低的地区来说,冻土冻结起始日出现的更早,解冻日出现的更晚,封冻期更长;黄河源区季节性冻土的冻结起止时间均发生了变化,大致表现为冻结起始时间延后,冻结消融时间提前,封冻期缩短,不同地区变化幅度有所不同,源区平均缩短速率为8 d/（10 a）。近20年来,源区绝大部分地区气温、地温和负积温均呈现不同程度的上升趋势,冻土最大冻结深度呈波动减小的趋势,最大冻土深度和冬季平均气温地温、周期内平均气温地温、负积温均呈负相关关系,其对负积温的响应最为显著,相关系数R=-0.762 7。这说明负积温每上升100 ℃,最大冻土深度将减少7.07 cm     

季节性冻土地区灌注桩的设计

冻土区基础设计的合理性是建筑物设计的重点,是工程成败的关键。冻土区天然上限冻融循环、冻胀、融沉等病害十分普遍,许多水工建筑物基础由于工程地质条件,特殊的功能性限制只能采用深基础即桩基础。钻孔灌注桩基础,是国内外工程广泛采用的基础形式,可适用于各类地质条件。文章着重阐述灌注桩在冻土地区竖向承载力及抗拔稳定性计算方法。     

季节性冻土区铁路路基保温材料应用现状及展望

路基冻胀是冻土区铁路建设与运营的主要基础病害之一，保温是路基冻害防控的一种常用措施。在总结路基保温材料使用性能要求的基础上，综述目前无机类与有机类保温材料、超高性能绝热材料、相变材料、泡沫轻质土及泡沫混凝土等5大类19种保温材料的常规性能及改性或实用化工艺的发展现状。总结了目前我国铁路路基既有的保温方案及适用场景，提出了新建铁路与运营铁路保温方面存在的问题以及发展方向。最后，结合近年新型保温材料的技术优势及发展趋势，提出复合强化层等6种新型铁路路基保温方案，以期为铁路路基保温技术的创新和发展提供参考。     

寒区交通工程冻土问题的研究要点与综述

寒区交通工程建设与维护的特殊性在于冻土稳定性问题。冻土是一种对环境极为敏感的土体介质,其在大气环境、地下水、冻融循环及行车荷载等环境荷载作用下的变化是诱发寒区交通工程病害的主要原因。因此,准确地认识其独特的热学性质、物理力学性质及动力特性是寒区公路工程建设首先要考虑的问题,也是研发与优化寒区公路工程新技术、新结构、新方法的前提和基础。结合国内交通工程中的冻土特征与实践结果,基于与冻土相关的研究内容与进展,论述了近年来在冻土及路基改良土的热学性质、物理性质及静、动力特性等方面取得的研究成果。     

季节性冻土区铁路路基冻融变形规律

为探究冻融循环作用对季节性冻土区铁路路基变形特性的影响,以兰新铁路的路基填土为研究对象进行冻融循环试验和固结压缩试验,得到了冻融变形和压缩特性的变化规律,并利用正交试验对压缩特性的影响因素进行显著性分析。试验结果表明:随着冻融循环次数的增加,冻胀率和融沉系数均呈多项式函数增加;在相同冻融循环次数下,两者均与含水率呈正相关,与压实度呈负相关。压缩模量随冻融循环次数的增加先增加,最终趋于稳定,各因素及其交互作用对压缩模量的影响从高到低依次为压实度B、含水率C、冻融循环次数A、B和C的交互作用BC、A和B的交互作用AB、A和C的交互作用AC。建议选取9次冻融循环后的压缩模量作为兰新铁路路基强度设计值,该研究成果对防治冻胀融沉和控制路基变形具有一定的指导意义。     

公路路基冻胀与翻浆的研究与防治

正冻胀与翻浆是季节性冻土与多年冻土地区所特有的公路病害,为了延长公路的使用寿命,提高通行能力,提高经济效益,保证公路安全畅通,我们有必要对公路路基的冻胀与翻浆的原因与防治措施进行探讨和研究。本文在分析公路路基冻胀与翻浆的形成机理、影响因素的基础上,提出路基冻胀与翻浆的防治措施,以期为相关工程项目提供一定的参考与借鉴。一、路基冻胀与翻浆的形成机理路基冻胀,主要是路基水在冬季受低温影响,温度较高的水向温度较低的土层方向转移,在温差聚水作用下,水分迅速聚集并逐渐形成聚冰层。水的补给是由地下毛细作用引起的,使路基表层水分不断增加,结冰后土体膨胀增大,形成冻胀。冻胀发生在冬季,是路基上层显著聚冰的直接反映。路基翻浆,主要是指在季节性冰冻地区的春融期间,因地下水位高、排水不畅、土质不良、含水过多,造成路基湿软、强度下降,在行车荷载的反复作用下,路基出现弹软、裂缝、冒泥浆等翻浆现象。翻     

多年冻土地区桥涵工程设计

我国幅员广大的多年冻土区,约占全国总面积的22.3%。在这些地区从事工程建设,势必要遇到大量的特有工程技术问题。文章从冻土的分布、桥涵的基础类型、埋置深度等对冻土地区的桥梁和涵洞设计进行了较细致的分析,并提出防止冻胀相应的措施。     

高寒地区冻土活动层温度场数值模拟

等效显热熔法是研究高寒地区冻土活动层温度场水文过程和生态变化的重要方法.通过引入描述冻土活动层饱和程度的参数,改进了等效显热熔法,使其适用于非饱和带.在假设土壤含水量不变,忽略水分对流和热源(汇)的前提下,使用COMSOL Multiphysics模型模拟了黄河源区玛多县冻土活动层的温度状况.结果表明:改进的等效显热熔法是合理、可信的,可以用于高寒地区冻土活动层变化规律与机制的研究.     

冻土区渠道防渗工程冻胀的防治措施

在我国,冻土地区和季节性冻土地区占国土总面积的3/5,渠道混凝土衬砌工程普遍存在着严重的冻害问题。在工程建设中,就冻土区渠道防渗工程冻胀防治举措而言,工程人员可以依据不同的地理水文特征,通过对不同气温环境下冻胀程度进行合理分析,系统地采取回避冻胀、消减冻胀两大体系处理防渗工程中的冻胀问题,运用切合实际的冻胀防治方案,在一定程度上推进我国渠道工程进度。     

冻土水文地质学研究进展

冻土水文地质学主要研究冻土区水分要素的时空分布和运动规律及其与冻土间的相互作用。在微观上,冻结温度、未冻水含量以及孔隙水压力等冻土层独有的水热参数决定了冻土的结构和物理力学性质,同时影响了冻土层的冻融过程。而宏观上,冻土层的存在改变了常规的地表径流和水系模式,地下水的循环系统也由于冻土层的季节性冻融发生了根本变化,形成了冻土区独特的水文地质条件。从微观和宏观两种角度系统归纳与总结国内外冻土水文地质学研究进展,并分析包括地球物理技术、水化学、冻土水文模型在内的技术方法,同时对高寒区特有的地下水溢流冰、融雪入渗和冻土保墒现象的研究成果进行总结与分析。冻土水文的发展趋势应在积累研究数据和技术方法的基础上进一步探索产汇流过程机理,并建立更完善的冻土水文物理模型,定量分析冻土与水资源之间的相互作用。     

基于NOAA数据的北亚冻土变化研究

冻土是高纬度高海拔地区普遍存在的一种特殊土体.分为永久性冻土和季节性冻土,它们约占北半球面积的79%,作为世界上面积最大的国家,俄罗斯的冻土面积占有相当大的比重.从20世纪70年代至今,卫星遥感技术的使用促进了冻土研究的快速发展.主要针对俄罗斯亚洲部分的NOAA遥感影像进行预处理,根据AVHRR数据的波段特性使用分裂窗算法对地表温度进行计算,解译出永久性冻土和季节性冻土,并统计其冻土面积的变化,得出了俄罗斯北亚地区的永久性冻土正在逐年退化为季节性冻土的结论,并对其产生的原因及危害进行了分析.     

季节性冻土条件与水田灌溉制定方法的理论研究

黑龙江省是全国最典型的季节性冻土区，冻土造成了不同于我国南方的特殊的近地表地下水状况，它对本区农业，水利等许多方面都产生一些未被普遍认识的影响。     

评估4种寒区陆面、水文过程模式及在青藏高原的应用前景

近年来,青藏高原冻土区气候环境呈现出逐年恶化的趋势,主要表现在永久冻土锐减,冻土活动层逐渐增厚,地表植被情况退化严重等,这一地区的气候环境、水环境和生态环境等越来越受到各国研究者的关注和重视.陆面过程模式的作用已得到许多学者的认可,如何构建更有效的针对寒区的陆面过程模式成为寒区研究的重点、热点之一.本文分别选取美国、西欧和加拿大(两个)4个寒区陆面过程模式(依次为SHAW、COUPMODEL、EASS、CRHM),对4个模式的原理和物理机制进行了说明和对比;同时,简要介绍了4个模型在寒区研究过程中已取得的进展,部分模式已经成功应用于青藏高原冻土区并取得了相当好的模拟效果.对比分析4种模式,指出了4种现存模式的优缺点和相应的改进方案,证明4种模式可以在青藏高原冻土区单独使用,并指出几种模式耦合可能成为未来解决青藏高原冻土区甚至全球冻土区陆面过程问题的重要途径.     

南方极端冰雪气候条件下冻土特征

2008年南方部分地区极端冻雪气候条件下形成的冻土,已成为工程界广泛关注的问题。通过对江西、湖南、湖北及广西省表土的调查与试验研究,对南方极端冰雪气候条件下冻土的特征进行了初步研究,认为南方冻土类型主要为短时冻土和瞬时冻土,对冻土的分布地区、冻胀等级、危害性进行了分析,为南方极端冰雪气候条件下冻土引发地质灾害的防治提供科学依据。