块碎石夹层结构冻土路基温度分布数值分析

为研究青藏铁路普通道碴路基和本文提出的块碎石夹层路基的温度场分布,本文将铁路道碴和块碎石夹层的对流换热简化为多孔介质的热传导问题,根据多孔介质中流体热对流的连续性方程、动量方程和能量方程,应用伽辽金法导出了多孔介质对流换热的有限元公式,并对普通道碴路基和抛石路基在未来50年的十月份温度场进行数值分析与比较。计算结果表明:在普通道碴路基中,路基下冻土的温度升高和退化,路基阴阳坡下温度的不对称性极为发育,阳坡有明显贯穿路基高温区且坡脚高温聚集,其路基结构很难保持路基及冻土的稳定性和路基的温度对称性性;而在块碎石夹层路基中,路基下冻土上限缓慢抬升且冻土地温保持良好的对称性,阴阳坡下路基温度差异较小且对称分布,坡脚没有温度聚集现象,其路基温度分布有利于保持路基及冻土的稳定性,同时说明了块碎石路基具有良好的调节路基温度的能力。     

利用封闭式块石护坡调节通风管路基阴阳坡效应

为研究多年冻土区通风管路基和通风管封闭碎石护坡路基在阴阳坡温度差异影响下,温度场的不对称特征和下部冻土上限间的差异,评价封闭块石护坡对通风管路基温度场的调节效果,利用北麓河通风管路基实测温度资料,并考虑气候变暖的影响,分别对这两种路基温度场进行数值模拟分析.分析结果表明,通风管路基具有一定的降温能力,但阴阳坡下冻土上限间差异显著,路基温度场呈现明显的不对称性;在通风管路基阳坡增加封闭块石护坡后,可以降低阳坡下土体温度,减小阴阳坡下冻土上限间差异,能有效调节路基阴阳坡效应.对第50年路基与天然地表交界处年平均热流密度的分析表明,增加封闭块石护坡后的路基结构优于通风管路基,且两种路基均处于吸热状态.     

高寒季节性冻土地区铁路路基冻胀解决方案

结合滨洲铁路工程实践,分析了冻害形成机理及其影响因素,阐述了高寒季节性冻土地区铁路路基设计原则.提出高寒地区季节性冻土铁路路基冻胀病害解决措施,主要包括限制路堤最小高度、改善路堤填料、优化隔水层设计、加强排水系统设计、保温设计、低路堤及路堑设计等.运营结果表明采取的措施是有效的.     

车辆荷载作用下季冻土路基永久变形研究综述

结合我国季冻土和高速公路分布状况,对重载、超载车辆对季冻土路基造成的危害及致灾机理进行了初步分析.为准确描述重载、超载车辆行驶过程中对路基的作用效果,提出了冲击型荷载的概念.从冻融循环作用对土力学性能影响研究、车辆荷载下路面路基动力响应研究和动荷载下路基永久变形研究3个方面,分析、探讨了季冻土路基在车辆荷载作用下永久变形相关研究成果及发展趋势.     

季节性冻土区路基高边坡变形多因素时变预测模型

为了研究季节性冻土区路基在各种影响因素作用下的运营质量,本文对路基高边坡进行沉降变形预测研究。鉴于当前路基变形各种预测模型均有其适用范围,总体预测波动性较大,精度较低,提出了一种基于支持向量机的季节性冻土区路基高边坡变形多因素时变预测模型。依托季节性冻土区路基观测系统,在分析相关监测数据的基础上,对季节性冻土区路基高边坡变形特征及其热稳定性影响因素进行分析,并总结主要因素对高边坡路基变形的影响规律。借助该周期性变化规律采用支持向量机理论构建了变形多因素时变预测模型。实验结果表明:本文模型在预测精度上较当前预测模型在预测精度上有所提高,可为岩土工程建设提供重要的参考依据。     

青藏铁路列车行驶冻土场地路基振动荷载研究

基于青藏铁路现场振动监测成果检验自编列车-轨道耦合动力学仿真程序的正确性,并研究在实测里程高低不平顺与宽轨缝脉冲性激扰条件下的青藏铁路客车行驶引起冻土场地路基振动的振动荷载特性。研究表明,自编程序仿真结果与青藏铁路现场监测成果吻合良好,程序理论正确结论可信;列车行驶振动荷载随路基阻尼的增大而略微减小,随路基模量、列车行驶速度的增大而增大,随轨缝的增宽而线性增大;振动荷载优势频段主要在移动轴重作用率内,转向架作用率处振动能量最大,轨枕振动对列车行驶振动荷载影响较小;路基的冻融状态、轨缝宽度与列车行驶速度对冻土路基振动荷载影响不能忽略;并定量给出青藏铁路路基振动荷载最大值与列车行驶速度之间的函数关系。此项研究对于列车行驶引起冻土场地环境振动分析与振陷预测具有重要意义,且为轨道交通工程设计和铁路运营安全分析提供可靠的理论依据。     

阴阳坡效应下季冻区铁路路基水-热-力行为与轨道不平顺规律研究（英文）

阴阳坡效应会影响高速铁路路基温度场的分布规律,导致路基表层产生不均匀冻胀变形,进而造成无砟轨道产生静态不平顺,影响高速列车运行的平稳性和舒适性。本文建立了考虑阴阳坡效应的冻土水-热-力耦合模型,探究了季冻区高速铁路路基在冻结过程中温度场发展过程以及土体的变形特性,分析了不均匀冻胀变形作用下的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道钢轨不平顺变化规律。计算结果表明：高速铁路路基左右侧边坡由于所受太阳辐射量不同,阴坡冻结时间早于阳坡,而融化时间却晚于阳坡,这是引起路基不均匀冻胀的关键因素。不同线路走向会影响路基上部的温度变化和表层冻胀量,从而使无砟轨道结构变形存在差异。当线路为东北走向时随着走向角的不断增大,下行线的轨道水平不平顺不断减弱,上行线轨道水平不平顺则稍有增加,最终在南北走向时二者趋于一致。因此,在季冻区铁路选线时应最大程度避免东西走向,以尽可能减弱极端情况下的路基阴阳坡现象。     

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。     

青藏铁路粒径改良路基温控效果分析

基于青藏铁路北麓河粒径改良路基试验段地温监测资料,分析了粒径改良路基地温变化规律及其温控效果,并同其他保护冻土措施进行了对比分析。结果表明:在一定深度范围内,粒径改良路基地温呈现年季变化、呈正弦曲线变化特征;同普通路基相比,在年平均地温曲线方面表现出具有冷却路基,保护冻土的效果;同普通通风路基相比,粒径改良路基虽在冷季冷却效果弱于通风路基,但在暖季热屏蔽效果好于通风路基,从年平均地温方面已表现出较好的保护冻土的态势,是一种积极主动的保护措施。     

高原冻土地带防水涂料研究工作取得成果

某高原冻土地带海拔高度4700米,年平均气温-4.9℃,年绝对最低气温-30℃,冻土含水率50～200%。在这种条件下修筑铁路,路基需用轻质的保温材料加气混凝土做护坡。但加气混凝土吸水后保温能力破坏,因而必须复以性能优良的防水涂料。     

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。     

青藏铁路主要冻土路基工程热稳定性及主要冻融灾害

在介绍青藏高原多年冻土退化背景及其工程影响的基础上,通过主要冻土路基现场监测和沿线调查,对青藏铁路冻土路基2002年以来的地温发展过程、热学稳定性及次生冻融灾害进行了分析。结果表明:青藏铁路自2006年通车后冻土路基整体稳定,列车运行速度达100km/h,达到设计要求,但不同结构路基的热学稳定性不同,采取“主动冷却”方法的路基稳定性显著优于传统普通填土路基。管道通风路基、遮阳棚路基及U型块石路基冷却下伏多年冻土的效果显著,块石基底路基左右侧对称性较差,而处于强烈退化冻土区和高温冻土区的普通路基热稳定性差,需结合路基所在区域局地气候因素予以调整或补强。以热融性、冻胀性及冻融性灾害为主的次生冻融灾害对路基稳定性存在潜在危害,主要表现为路基沉陷、掩埋、侧向热侵蚀等,其中目前最为严重的病害是以路桥过渡段沉降为代表的热融性灾害。     

多年冻土区粒径改良路基稳定性分析

路基稳定性是指路基受到车辆动态作用及各种自然力影响所出现的路面陷槽、翻浆冒泥和路基剪切滑动与挤起等情况的适应能力,包括热稳定性和强度稳定性。热稳定性是指路基的热状况对外界条件响应的敏感程度,是多年冻土区路基稳定性的核心。文中对国内外多年冻土区路基热稳定性研究进行了分析,并对热稳定性判断原则进行探讨。通过对现场粒径改良路基两个多冻融循环观测数据进行研究,分析了粒径改良路基的冻融循环地温变化规律及变形规律,得到了粒径改良路基具有抬升多年冻土上限的作用,并根据判断原则,认为粒径改良路基是一种稳定的新型路基结构形式。     

面波技术在高铁临近既有铁路路基检测中的应用

高铁在迅速发展,为我国经济的快速发展起到了巨大助推作用,但其对临近既有铁路路基也造成巨大的影响.瑞雷波法在分层介质中具有频散特性,以及瑞雷波传播速度与介质物理力学性质具有密切相关,为铁路路基的病害探测提供了理论基础,本文利用瑞雷面波法对高铁临近既有铁路路基勘探,并作出评估,为其在高铁临近既有铁路路基病害的确定、整治及预...     

平原水网区等级公路若干问题的研究

研究了平原水网区高地下水位时等级公路的路基和路面结构受力问题.采用有限元计算了重载交通条件下路基的工作区深度,试验研究了不同压实度和含水量状态下路基的支撑能力,计算分析了高地下水位时路面结构的力学响应.研究认为,在重载交通条件下,路基的工作区深度达2m以上,现有的等级路路基高度严重不足,地基下较大深度范围处于路基工作区内;由于土的弹塑性质的变化,高含水量时黄河冲（淤）积粉土的回弹模量并不能真实地反映路基的承载能力;标准轴载下,地下水位为1.5m时,路表弯沉即达到34.07mm,超过了设计弯沉;高地下水位对基层和底基层,尤其是对底基层疲劳寿命的影响很大.通过分析,提出了相应的工程对策.      

土工格栅处理拓宽路堤不均匀沉降有限元仿真

采用AD INA非线性有限元分析软件,对土工格栅处理武黄高速公路武汉市三环线共线段拓宽路堤变形和应力进行仿真计算和分析,对土工格栅处理拓宽路堤不均匀变形的作用效果进行分析.结果表明,土工格栅对减小路堤不均匀竖向附加变形、侧向位移以及基底不均匀附加应力有显著效果,为拓宽设计提供了理论依据.为了检验仿真效果,拟进行工后路堤变形跟踪观测,对不同高路堤分别布置沉降观测点,利用实际观测结果对计算模型进行验证和修正,为该仿真成果推广应用积累经验,并作进一步研究之用.     

考虑软土结构性高速公路软基变形有限元分析

软土的结构性对沉降有着很大的影响.详细介绍了软土的结构性模型,Plaxis 程序的特点以及其在计算路基沉降方面的应用.通过工程现场采集的数据与计算结果对比,认为在基于软土结构性模型的基础上对Plaxis程序的计算结果进行修正、选择合理加载步长、符合土体的边界条件以及初始条件,Plaxis 程序能够很好的模拟土体在荷载作用下的受力变形过程,计算结果能够满足工程精度要求.可以用Plaxis程序来预测高速公路软土路基的变形.     

气候变暖下黄河源区冻土变化的数值模拟

近40年来,黄河源区地温长期处于增温状态,多年冻土出现表层融化。冻土退化后,土壤含水率减少,导致寒区径流的变化。所以研究冻土为寒区水资源估算提供了重要的依据。利用土壤水分迁移方程和热传导方程,采用中心差分格式并在一定假设前提下建立起冻土水热耦合迁移数学模型。对黄河源区站点的冻融深度进行模拟,结果表明：计算值和近2 a冻土的上、下限实测值吻合较好。由此表明采用的数学模型和数值方法是合理、可信的,在此基础上讨论了土壤冻融过程的一般规律。