块石路堤上覆砂砾石厚度对冻土路基冷却效果的影响研究

用数值模拟的方法得到不同上覆砂砾石厚度的块石路堤及普通路堤作用下铁路路基的温度场,通过对比分析显示:块石路堤相对于普通路堤能明显提高路基下多年冻土上限,降低多年冻土地温,有较强的主动制冷作用;块石上覆砂砾石厚度的增加,会减弱块石的制冷作用,降低路基多年冻土上限;当砂砾石大于某一厚度时,中部一定范围的块石几乎丧失主动制冷能力,多年冻土地温逐渐升高,这对路基稳定及冻土保护极为不利。考虑全球气候变暖趋势及高路堤带来的高荷载影响,建议块石路堤上覆砂砾石不要太厚,应寻求制冷与多年冻土上限抬升两者兼得的最优厚度。     

块石通风性能实验研究

青藏铁路广泛采用的块石护坡和块石路基是通过空气对流降低路基的温度起到保护冻土的作用。块石的粒径、孔隙率、通风能力直接影响块石路基的空气对流作用。孔隙率试验测试结果表明:孔隙率与粒径大小有关,随粒径增大而增大。粒径0.10～0.25m的块石,孔隙率大致在38%～48%。通过风洞试验发现,块石层内风压梯度与风速存在非线性关系,与速度的平方成正比;阻力系数随块石粒径增大而减小。通过青藏高原天然风速条件下块石通风基础通风能力分析,块石层起到很好的通风作用。因此,对于温度场的计算,建议考虑块石路基中风的强迫对流作用。     

青藏铁路块石护坡温度场及路基冷却作用机理分析

主要通过非正线实体工程试验段块石护坡层内热量传递过程监测,对块石护坡结构冷却路基的作用机理进行研究。研究结果表明,块石护坡结构具有隔热保温和空气自然对流效应。随着气候条件昼夜温差和季节性温度变化,块石护坡层内隔热保温和自然对流效应表现出了昼夜、季节性交替组合过程,这一交替组合过程引起了块石护坡层内热量传递过程变化,从而影响块石护坡下部多年冻土热状态。路基下部土体热状态分析表明,块石护坡结构能够有效地降低路基下部土体温度。     

青藏高原多年冻土区冷却路基技术现场实效监测研究

以青藏铁路现场实体工程为背景，选用块石路堤、块石护坡和通风管路堤主动冷却措施进行现场实体工群试验，通过对路基内温度场的监测，研究这些措施对保护冻土的作用及效果。分析结果表明，2个冻融周期后，块石护坡路基、通风管路基和块石路基均具有一定的调节降温作用，有利于下覆多年冻土的保护。但是冻土上限的抬升需要消耗下部土体的冷能来实现，说明冻上路基温度场还处于不稳定阶段。     

浅析路基边坡绿化防护工程施工技术方案

目前我国公路建设的快速发展,高标准的公路数量逐渐增加,公路不断向复杂地质地貌地区延伸,因此必然会要面对高填路堤与深挖路堑问题,路基边坡有两种,即挖方路堑边坡与填方路堤边坡,路基边坡是公路的组成部分。路基边坡的绿化防护工程是公路建设的重要部分,如果处理不当,不仅容易导致边坡土体、岩体错位与变形而使边坡不稳定,从而引发边坡失衡;而且如果损坏了表层植被和土壤,将会易导致坡面土壤破坏,引起水土流失,河流阻塞,以及水污染等各种灾害。因此本文将探讨路基边坡绿化防护工程的施工技术方案,给路基边坡绿化防护工程提供一些指导。     

青藏铁路多年冻土区块石路基碎石护坡工程效果研究

青藏铁路多年冻土区路基工程的修建,改变了路基基底多年冻土的热量平衡状态,引起了地下温度场的重新分布。文中对青藏铁路楚玛尔河段的块石路基碎石护坡实验段1年地温进行分析,研究了该种工程措施对降低地温温度保护多年冻土,平衡路堤阴阳坡温度场差异的工程效果。研究结果表明:块石路基碎石护坡对冻土的保护效果非常明显。     

黄土路堤边坡浅层加筋加固机理分析及工程应用

土质路基边坡溜坍是道路工程中常见的一种病害现象。结合宝中铁路路基边坡防洪加固,利用有限单元法分析了黄土路堤边坡的作用机理,并结合实际工程进行了应用。     

青藏铁路冻土区开放块石护坡路基降温机制研究

开放块石护坡路基是青藏铁路所采取的冷却地基保护冻土的一种主要措施。针对青藏铁路北麓河试验段现场的气温条件和地质条件,对北麓河试验段开放块石护坡路基在昼夜间和冷暖季的温度场、速度场和热流量进行分析和研究,探讨其降温机制。研究结果显示,块石护坡在暖季夜间存在一定的降温效果;块石护坡暖季由于遮阳作用存在热屏蔽效应,冷季放出的热量大于暖季吸收的热量,有利于保护冻土;块石护坡的主要换热方式是强迫对流换热,自然对流换热较少;块石护坡降温效果产生的主要机制是块石护坡的遮阳作用和块石护坡内空气在昼夜间、冷暖季流动速度的差异而引起的不平衡强迫对流换热。     

高速公路填砂路基设计若干关键问题

填砂路基日益受到重视,但因其填料及顶封层、路堤边坡防护等细部构造的特殊性,在设计时需要谨慎考虑。结合国内既有高速公路填砂路基工程实例,阐述填砂路基填料的特殊性,对比填砂路基与粉煤灰路堤、沙漠风积沙路基、砂料堆积而成的堤坝、堆场等的差异,重点就砂料选择、路堤边坡稳定性设计、路堤边坡防护设计、顶封层设计与防排水设计等若干关键问题提出自己的看法。填砂路基是南方水网地区解决高速公路优质路堤填料匮乏的有效技术途径之一,需扬长避短,科学合理地开展填砂路基设计。     

青藏铁路块石路基结构的冷却效果监测分析

块石路基是青藏铁路积极保护多年冻土极为重要工程措施之一,60%的高温高含冰量路段采用了这种工程措施。通过对青藏铁路沿线块石路基下部土体温度监测分析,块石路基正在积极地发挥冷却路基的工程效应,极大地促进了多年冻土上限的抬升,但也引起了多年冻土温度升高。多年冻土温度升高随着工程热扰动的降低和块石路基"冷量”积累,已逐渐被抑制。然而,对于低温多年冻土来说,块石路基下部多年冻土上限附近温度有了较大的“冷量”积累,多年冻土正在朝着有利于热稳定方向发展。对于高温多年冻土来说,尽管多年冻土上限也得到了较大幅度的抬升,但升温过程和土体年收支的不平衡都在朝着不利于多年冻土热稳定方向发展。块石路基结构在高温多年冻土区适应性问题仍值得讨论,应采取相对应的补强措施,确保高温多年冻土区路基稳定性。     

开放和封闭条件下块石结构路基下部土体降温效果差异

块石结构路基以其独特的冷却路基作用，正在发挥着良好的降低多年冻土温度作用。但块石结构层被风沙或积雪堵塞后，路基下部多年冻土降温效果变化一直是人们极为关注的问题。为此，开展了开放和封闭条件下块石结构路基下部多年冻土降温效果差异的现场试验研究，对比分析开放和封闭条件下路基下部土体温度的变化特征。试验结果表明，开放状态下块石路基具有较强的强迫对流效应，封闭状态下块石路基强迫对流效应较弱，这一差异导致了开放条件下，块石结构路基下部土体降温效果比封闭条件下要好得多。从路基下部0．5～1．0m深部土体温度来看，二者间夏季差别不大，冬季最低温度要相差5℃左右。从块石路基下部土体降温的影响深度来看，开放条件下土体降温的影响深度可达6．0～10．0m，封闭条件下土体降温影响深度仅为1．5～3．0m。     

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。     

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。     

青藏高原多年冻土路基温度场公路空间效应的非线性分析

多年冻土路基温度场的公路空间效应包括路基尺度效应与路面结构效应。利用考虑冰水相变与水分迁移的热流传导等效参数模型,数值模拟公路路基不同高度、不同宽度、不同边坡坡度的尺度效应与公路沥青路面、水泥混凝土路面、砂砾路面的结构效应,分析高原多年冻土路基温度场的变化。结果表明,青藏高原多年冻土对公路空间效应反映敏感,路基尺度直接影响地基温度场的变化,路基高度、边坡坡度与地基吸热量呈负相关性,路基宽度与吸热量呈正相关性;在高原强太阳辐射环境下,沥青路面吸热对冻土地基温度场影响剧烈,沥青路面吸热量是砂砾路面的1.7倍左右。研究认为,与其它线状工程相比,公路宽幅路基、沥青路面热效应是多年冻土路基温度场改变的关键因素,未来青藏高原多年冻土区高速公路建设必须妥善处理因公路空间效应引起多年冻土地基升温融化而导致的工程稳定与安全运营问题。     

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。     

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。     

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。     

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。     

青藏铁路路基预制拼装式骨架护坡试验分析

青藏高原强烈的环境温度变化和特定的地质条件会引起路堤边坡冻胀融沉，使边坡表层土的强度下降而导致表层流坍甚至边坡滑塌。为保证高原冻土地区人工边坡在一定时期保持稳定，在北麓河厚层地下冰段设计并开展了预制拼装式骨架护坡路基现场实体工程的试验研究。大面积的坡面被骨架护坡分成菱形窗格后，形成的塌滑体的范围和厚度减小，杆件与坡面牢固的连接为一体，增强了边坡的整体性，提高了土体的抗剪切能力，从而加强了士体的抗冲刷能力。此外，两节杆件垂直于坡面搭接，组成菱形窗格的一条边，垂直于坡面方向可以有少许的位移，适当释放窗格内土体的冻胀力。锚杆、杆件实现了以点带线、以线带面的平面防护形式。分析观测资料表明，路堤骨架变形呈现寒季冻胀、暖季融沉的一般特点，且融沉和冻胀变形逐年趋于稳定，骨架护坡对维持边坡坡面稳定起到了较好的作用。