西北地区红层泥岩崩解特性试验研究

针对西北地区红层泥岩设计了一套自由浸水崩解装置,对不同质量的红层泥岩试块进行自由浸水试验。考虑试块的吸水过程,将试块吸水率作为崩解试验结果的补偿,研究不同质量红层泥岩试块的崩解率、崩解速率随时间变化规律。结果表明,测试红层泥岩膨胀性矿物含量较少,其崩解的前30%时间内崩解率可达45%~75%,前50%时间内崩解率可达68%~90%,崩解总时间T与试块质量m满足T=a*(1-e^(-b*m)) 关系。随着试块质量增加,试块崩解速率越大,且崩解的前50%时间内崩解率增加显著。

改良红层工程性能与环境耐久性研究进展

红层在我国东南、西南、西北地区广泛分布,因其膨胀收缩性、遇水崩解性、岩体软弱性等特点,往往不能直接作为填料应用于路基工程,必须进行物理或化学改良处理。通过文献调研,本文从红层崩解机理、工程改良方法、改良效果及环境耐久性等方面对国内外研究进行了梳理。并结合现有研究,提出未来应加强环境荷载(如干湿、冻融作用)及静、动荷载单独或耦合作用下改良红层的耐久性研究。

波形钢腹板箱梁正弯矩区的受力性能研究

为研究预应力波形钢腹板组合梁正弯矩区的破坏形态和受力特性,完善其理论分析体系。首先,以甘肃某高速公路波形钢腹板组合梁桥为工程背景,将预应力钢筋强度和配筋率设为变化参量,设计制作了3片缩尺比例为1∶3的预应力波形钢腹板节段试验梁进行了正弯矩区抗弯性能试验;其次,通过有限元软件Abaqus 2020分析了波形钢腹板在沿梁长方向的剪应力分布以及混凝土顶板的横向压应力分布情况。结果表明:试验梁屈服前,最大裂缝宽度满足相关规范规定的0.15 mm;配筋强度对预应力波形钢腹板组合梁的纵向挠度影响不大,而增加配筋率可以改善梁体的受力性能,有效减小试件的挠度变形。当试验梁达到屈服后,相较于配筋率,配筋强度对预应力筋内力增长影响更显著;当荷载水平较高时,试验梁的纵向应变在波形钢腹板和下翼缘板处发生突变,增加配筋率可以降低预应力波形钢腹板组合梁横截面的纵向应变。有限元计算结果表明,波形腹板处的剪应力在远离支座和横隔板区域较大,其余位置处则较小。剪应力在距离支座和横隔板约0.5 m范围内逐步减小为最大值的75%左右;混凝土顶板的横向应力分布较均匀,基本可以忽略试件的剪力滞效应。文中所采用的试验方法及试验结果可为同类桥梁受力性能分析提供参考。

季节冻土区黄土路基水分与温度变化规律研究

为研究季节冻土区压实黄土路基变形的影响因素,通过现场监测得到路基水分场与温度场的变化规律,并结合室内试验与数值模拟分析路基变形规律.结果表明,天然地面以上路堤土体具有明显的季节性,水分场及温度场变化剧烈,而天然地面以下土体温度场及水分场变化较平缓,季节性不强.路堤最大冻深约1 m,经历强烈的冻融循环和干湿交替过程,含水率变化量为5%-29%.冻融循环作用在路肩处产生的变形较大,而干湿循环作用在路基中心处产生的变形较大,且后者引起的变形大于前者.

黄土路堑边坡植物纤维防护效果试验研究

针对中国西北黄土地区公路边坡常出现的冲蚀、剥蚀等病害,提出一种新型植物纤维防护技术。该技术将黄土、麦秸秆、草籽等材料混合后,喷射至黄土边坡表面形成植物纤维层。通过植物纤维层的联结、加筋和分散坡面径流等作用及植被的降雨截流、削弱溅蚀、抑制坡面径流、加固坡面等作用,可有效减少黄土边坡冲蚀、剥蚀等坡面病害的发生。对比在平凉至定西高速公路开展的植物纤维防护边坡与黄土裸坡的模拟降雨试验结果证明,植物纤维防护有效降低了降雨过程中边坡的含沙率与累积冲蚀量,对冲蚀等黄土边坡坡面病害有较理想的防治效果。

民族院校土木工程施工类课程教学改革探索

在系统梳理土木工程施工类课程特点的基础上,分析了“双碳”目标背景及全面推进高校课程思政建设下土木工程施工类课程教学中存在的新老交织叠加问题,发现施工类课程内容经典但过于陈旧、教学方法和手段落后、教学案例库及思政资源库的建设缺乏。基于此,从提高教学质量及学生知识、技能和素养的视角对民族院校土木工程施工类课程教学改革进行了探讨,提出应从校企紧密合作及时更新教学内容、教学团队调整与虚拟仿真教学平台建设、现场视频+图片资源的搭建和数字资源的搭建等方面进行教学改革。

冻融循环对黄土物理力学性质影响的试验

通过补水条件下的冻融循环试验,研究冻融循环作用对黄土样的水分分布、变形和干密度的影响.试验结果表明:反复的冻融循环作用使得土样含水量增加,从底板到顶板土样含水量逐渐递增,冻融界面附近含水量变化梯度较大;黄土样在冻融循环初期冻胀变形比较剧烈,之后总体变形趋于稳定,冻融循环后期土样出现较小的沉降变形;冻融循环使得黄土样的干密度逐渐减小,且冻融循环剧烈的上部干密度较下部更小.

季节冻土区压实黄土湿陷特性研究进展与展望

随着国家西部大开发的深入发展,国家重点基础工程向西部季节冻土区和湿陷性黄土地区推进,工程面临的黄土湿陷性问题和冻融灾害问题已成为研究和设计人员关注的焦点.基于前期的研究基础,分析和总结了压实黄土湿陷机理、本构模型和强度理论、工程特性、干湿和冻融循环以及盐分对压实黄土工程特性的影响等方面的研究现状,提出季节冻土区黄土工程面临的问题和研究展望,为完善黄土地基湿陷机理解释和深化黄土力学与工程等研究提供新思路和新方法.

冻融循环对黄土二次湿陷特性的影响研究

在黄土地区公路路基建设中,通常会采用预湿陷等办法来对湿陷性黄土进行处理以达到工程要求.但是在季节冻土区,处理过的黄土路基却在运营几年后,仍发生大量的不均匀沉降、塌陷等病害.为分析冻融循环作用对黄土二次湿陷的影响,采用室内试验方法,使大体积黄土样品先完成一次湿陷,再进行冻融循环和黄土二次湿陷.试验结果表明:重塑黄土与原状黄土的二次湿陷系数随着冻融循环次数的增加趋向于同一个特定值;重塑黄土和原状黄土的二次湿陷系数皆大于0.015,说明二者皆满足湿陷条件,在冻融条件下具有二次湿陷性.

多年冻土区石油污染物迁移过程试验研究

中俄原油管道原油泄漏造成的环境污染和环境岩土工程问题是目前迫切需要解决的重要问题。通过淋滤作用下的石油污染物迁移过程室内模拟试验,研究了石油污染物在冻土区的迁移过程和迁移特征,研究发现:石油污染物在迁移过程中,油、水、气三相流体存在一个动态的平衡过程,其三者共同占据土样中的孔隙空间;石油污染物在冻土区迁移主要经历3个过程:吸附、迁移和聚集;石油污染物在迁移过程中,其各个成分和各烃类化合物迁移能力都有所不同,烃类化合物中碳数和烃类结构影响其迁移速度;冻土层对石油污染物的迁移具有明显的阻碍作用,可有效防治土壤深层次污染。研究成果为冻土区石油污染物多相流(油、水、气)水热质迁移动力学模型的建立以及石油污染引起的岩土工程特性变化等研究奠定了重要的基础。

多年冻土区石油污染物迁移过程研究回顾与展望

多年冻土区泄漏石油污染物会引起严重的环境和工程问题.通过对国内外石油污染物迁移过程、迁移机理、迁移模型、影响因素等研究进行回顾,基于国内外冻土区石油污染的研究进展和社会经济发展要求,提出了多年冻土区石油污染物可能引起的环境与工程问题,并对相关的科学问题进行展望,期望对以后研究工作有所指导并逐渐得到解决.

道路工程专业三位一体-双导师制毕业设计实践性教学创新研究

毕业设计是大学生在四年求学生涯中所学专业理论与实践的综合体现.文章针对土木工程专业道路方向本科学生毕业设计题目实践性不强、无法挖掘学生的实践技能和创新潜力等现状,提出了毕业设计真题真做实践性教学模式和方法.道路工程专业三位一体-双导师制通过教学实践对毕业设计质量提升显著,达到了比较满意的教学效果.学生通过工程实践设计项目对理论知识的再学习和再认识,对提高学生的专业知识和专业水平有重要意义.

冻融对压实黄土工程地质特性影响的试验研究

季节冻土区黄土路基经常遭受强烈的冻融循环作用,使得路基土体的水分重新分布、密度发生变化,严重的会导致路基发生较大变形而破坏,造成一定的经济损失和安全隐患。通过补水条件下的压实黄土冻融循环试验,研究冻融循环作用对压实黄土的水分分布、变形和干密度等工程地质特性的影响。试验结果表明：反复的冻融循环作用使得土样含水率增加,从底板到顶板土样含水率逐渐递增,且含水率增加幅度随冻融次数的增加而增加;土样在冻融循环初期冻胀变形大于融沉变形,总体变形显著增加,经过一定冻融循环次数后土样总体变形趋于稳定,冻融循环后期土样出现较小的沉降变形;冻融循环使得土样的干密度逐渐减小,冻融循环次数越多,其干密度减小幅度越大。研究成果对压实黄土路基病害形成机理及防治措施研究具有重要的科学意义。

高温冻土区块石护坡路基长期热状况观测与预测研究

块石护坡在多年冻土区路基工程建设和维护中已得到广泛应用。近年来,有关块石护坡的降温效能存在一些争议,尤其是在高温冻土区其能否抵御气候变暖的不利影响这一问题引起了学者的关注。基于青藏铁路近20年现场观测数据和数值模拟预测,探讨气候变暖背景下高温冻土区块石护坡路基50年内的热状况演化规律以及天然场地高温冻土退化过程。结果表明:块石护坡路基能够有效抬升人为冻土上限,路基运营20年后人为冻土上限较原天然上限仍有近2 m的抬升;路基运营20年内,浅层冻土地基存在明显升温过程,导致人为上限以下形成厚度达6~8 m的高温冻土层,其压缩和蠕变变形可引发量值可观的路基沉降变形;在50年气温升高2.6℃情景下,路基运营30年后人为冻土上限下降至同期天然场地冻土上限水平,此后路基人为上限与天然冻土上限同步下降,会进一步引发显著的路基沉降变形。对于高温冻土区块石护坡路基而言,依据路基热状况和变形发展过程,适时采用如热管类的补强措施是必要的。

混凝土的入模温度和水化热对青藏直流输电线路冻土桩基温度特性的影响

施工过程中混凝土的入模温度和水化热对多年冻土区桩基施工期间的热稳定性具有重要影响.针对该问题,利用有限元方法定量研究了±400 kV青藏直流输电线路冻土区锥柱基础入模温度、水化热和含冰量对桩基回冻过程、温度场变化和桩底融化深度的影响规律.结果表明：水化热影响下,桩基中心温度在第3天达到最高,桩底滞后1 d,基坑表面受其影响较小,主要受环境温度影响;第24天,桩底出现最大融化层,随着入模温度增加,融化层厚度相应增加,入模温度为6℃时融化层厚度为34 cm,15℃时为55 cm;入模温度越高,回冻时间越长,当入模温度为6℃时,完全回冻需经历52 d,15℃时,回冻时间将增加7 d.含冰量对桩底融化深度有影响,含冰量越大底部融化深度越小;冻土年平均地温是影响桩底融化深度的重要因素,少冰高温（-0.52℃）、低温（-1.5℃和-2.5℃）冻土条件下,最大融化层厚度分别为38 cm、34 cm和25 cm.基于上述结果,在多年冻土地区的桩基工程,建议混凝土入模温度为6-8℃,底部碎石垫层至少40 cm.

石冰川形成机制、运动特征及水文效应研究进展

石冰川是含冰的舌状或叶状多年冻结地质体,广泛分布于全球范围内的高海拔和高纬度冰缘区,是多年冻土边界的重要代用指标。活动型石冰川沿山谷/坡向下缓慢蠕动,其活动性在全球变暖背景下逐渐增强,成为一种日益重要的寒区地质灾害。此外,石冰川内部含有大量冰体,是干旱与半干旱地区一种重要的淡水资源。基于国内外研究进展,将石冰川分为倒石堆型、岩屑覆盖型、冰碛型、昆仑山型,并分别讨论了不同类型石冰川的形成机制。石冰川的运动主要由多年冻土蠕变、冻胀融沉、整体前进,以及岩屑与冰的补给等过程组成,其时空变化主要受到气候条件、地形环境、内部结构,以及外力作用等多种因素的共同影响。石冰川对全球变暖的响应主要表现为地温增加引起的局部区域运动加速或失稳以及多年冻土融化导致的石冰川失活。在冰川退缩及季节性积雪持续时间缩短背景下,冰碛型石冰川表面的岩屑覆盖层作为保温隔热层,可以保护下伏冰体减缓融化,延缓和降低石冰川对气候变化的响应,成为干旱与半干旱地区一种日益重要的水资源。我国目前已有超过13511条石冰川纳入编目,总面积超过945.51 km2,但仍然十分缺乏系统性的石冰川编目及长期的现场监测和模型研究。

气候变暖下青藏高原冻土路基地温场演化规律研究

冻土物理力学特性与温度密切相关,气候变暖背景下冻土路基地温场的分布和演化规律不仅会影响到路基的静力稳定性,还会影响到其在地震、车辆等动力荷载作用下的响应特征与稳定性。为此,基于现场实测路基坡面温度,系统开展气候变暖背景下青藏高原典型(东西、南北、45°)走向条件下冻土路基地温场分布及演化规律的模拟研究。结果表明,阴阳坡侧浅层土体冻结指数差异较融化指数差异更为显著,东西走向下阴坡冻结指数约为阳坡的2倍,而融化指数约为阳坡的0.83。阴阳坡侧路基本体及活动层季节冻融过程存在明显不同步,东西走向条件下阴坡冻结期(融化期)可较阳坡侧长(短)约1个月。路基修筑后,阴坡一侧路基下部人为上限均有一定的抬升,而阳坡仅南北走向有抬升。此后,在气候变暖及沥青路面吸热效应下,路基人为上限不断下降,最大速率可达20cm/a,且逐步出现融化夹层,其中阳坡融化夹层厚度普遍大于阴坡,差值最大可达2.5m。路基本体季节冻融过程的不同步、人为上限埋深及冻土地温分布的不对称性应在未来青藏高原冻土路基静力、动力稳定性设计和研究中予以考虑。

不同升温模式下冻土地区装配式基础热稳定性研究

以IPCC SRES A2、A1B、B1三种气候变化模式为基础,利用数值方法研究了青藏直流联网工程冻土区装配式基础的冻融过程以及活动层、融化深度、地温的变化规律。结果表明:工程扰动和气候变暖改变了冻土的热状态,促进了冻土退化,均为影响基础长期稳定性的重要因素,其中混凝土桩基的强化导热作用加剧了冻融过程,气候升温导致活动层厚度增加,土层温度升高;随着深度的增加,冻土响应减弱,冻土温度变化幅度越小;在三种升温模式下50年后融化深度分别达到3.12 m、5.07 m和6.02 m,而同期天然场地活动层厚度为2.07 m、4.37m、5.62m,说明冻土对不同升温模式的响应程度不同,且中心冻土在气候变暖和工程扰动双重影响下退化更快;从第10年到第50年,这三种模式下桩基中心融化速率分别为1.5 cm·α^(-1),6.2 cm·α^(-1),8.6 cm·α^(-1),即随着升温速率的增加,土层融化深度增加,冻土退化速度加快;低升温率时冻土变化主要受工程作用,而在较高升温模式下冻土退化则主要受气候变暖的影响。

冻融作用对压实黄土结构影响的微观定量研究

通过补水条件下的冻融循环试验,对经历不同冻融次数的压实黄土土样进行电镜扫描图像的定量分析,同时进行土样宏观物理性质的测试,探讨微观结构与宏观性质之间的关系,揭示冻融循环对压实黄土结构影响的过程与机理。研究结果表明,随着冻融循环次数的增加,土样内部冰晶的生长及冷生结构的形成导致土样中孔隙体积增加,土颗粒受到挤压并形成新的土骨架结构。大中孔隙个数及其所占孔隙总面积百分比显著增加,由2次冻融循环后的78%增加至31次冻融循环后的90%。同时,土样中出现一些由大中孔隙组成的、对黄土湿陷性起控制作用的架空孔隙。宏观物理性质测试表明,随着冻融循环次数的增加,土样含水率显著增加并出现重分布,而干密度则先减小而后基本保持不变。31次冻融循环后,土样上下层含水率相比于初始值增加分别超过140%,50%,而干密度则由初始的1.86 g/cm3减小为1.55 g/cm3,减幅为17%。微观结构和宏观性质的改变均表明了冻融作用对于压实黄土结构的弱化作用。

热管及保温材料在青藏直流联网工程中的应用研究

针对青藏直流联网工程塔基热管措施应用效果,通过现场实测资料确定了热管年内工作周期及混凝土桩基表面热效应,考虑无绝热段热管传热过程组成,建立空气–热管–土体耦合传热数学模型,利用有限元方法系统模拟不同年平均地温分区锥柱式塔基传热过程及气候变暖背景下基础周围多年冻土热状况发展变化趋势。结果表明:冷季热管工作期间,其对周围土体冷却降温效果显著,同时由于混凝土塔基为热的良导体,热管产生的"冷量"通过基础及其底座快速向基础周围传递,使得基础下形成大范围低温冻土。暖季,热管停止工作期间,由于基础埋设较浅,混凝土塔基良好的导热性能使得其周围浅层土体温度升温较快,量值基本与天然地表下同一深度接近,而基础下部深层地温则主要受热管作用控制,温度较低。在单一塔腿4根热管及50 a气温升高2.6℃背景下,-1.0℃、-1.5℃两种年平均地温条件下,桩基础下部多年冻土仍保持冻结状态,满足工程对于冻土地基热状况的要求。-0.5℃年平均地温条件下,运营后期桩基础周围土体季节融化深度已大于桩基埋深。在该地温条件下,通过热管–保温板复合措施的采用,可有效发挥热管的"冷却降温"及保温板的"隔热保冷"效能,在大幅减小基础周围土体的最大季节融化深度的同时降低锥柱式基础底部深层地温,进而满足工程需求。