青藏铁路接触网异型桩基抗冻拔模型试验研究

保证接触网支柱桩基础的冻拔稳定性是青藏铁路格拉段电气化改造工程建设中的关键问题之一,为研究不同截面形式桩(等截面圆形桩Z1、直锥柱形桩Z2及曲锥柱形桩Z3)的抗冻拔性能,以青藏线路基填料为试验土体,进行3个冻融循环的室内模型试验,得到冻融作用下接触网支柱桩基础的地温、桩顶位移及桩身应力的分布规律.试验结果表明:路基体的冻结(融化)是二维冻结(融化),接触网支柱桩基础附近的冻结深度约为30 cm;路肩处土体的竖向冻胀位移为4.30 mm,Z1的竖向冻拔量为0.26 mm,Z2与Z3的竖向冻拔量分别为Z1的46%、58%,3根桩的桩顶均产生约0.1 mm的水平位移;冻结过程中桩基整体受拉,冻深附近桩身轴力最大;切向冻胀应力的最大值出现在地表附近,曲锥柱形桩切向冻胀总力最小,抗冻拔效果最好.

三轴加载条件下路基软土微观结构演化研究

为了从宏、微观角度研究受力全过程中土的微观结构演化及损伤机制,对武汉地区路基软土开展了一系列K0(静止土压力系数)固结不排水三轴剪切试验、扫描电子显微镜试验和压汞试验。基于分维理论和图像处理技术,对微观结构参数进行了分析。研究结果表明:武汉地区路基软土的孔隙具有多重分形特征,并据此确定微孔隙、小孔隙、中孔隙和大孔隙的孔径分界点分别为0.03、0.50和7.00μm。其中孔径为0.50~7.00μm的孔隙整体上具有更强的自相似性,将其定义为特征区间,该区间的表面分形维数随着应变的增加而减小。软土损伤在微观上表现为团聚体解体,并伴随着孔径分布与孔隙形态的演变,孔隙面积比与孔隙形状系数随着应变的增加分别非线性增大和非线性减小。微观结构演化全过程可分为结构微调、损伤发展和结构破坏3个阶段。提出的微观结构因子能够有效揭示软土宏观力学性质的变化。

青藏铁路路桥过渡段沉降变形影响因素分析

青藏铁路于2006年7月1日建成通车,已运行5年。总体上铁路路基是稳定的,但由于铁路建设在以高温高含冰量为特征的多年冻土之上,冻土的微小变化会诱发路基病害的发生,其中路桥过渡段沉降变形是比较典型,也是最为普遍的一类路基病害。通过对青藏铁路西大滩至尺曲谷地164座桥梁路桥过渡段沉降病害调查及相关因素分析。过渡段路基沉降与桥走向的南北端、路基坡向、路基高度、多年冻土类型(含冰量)、地温、路基结构以及地质条件等因素相关。桥北端平均沉降量大于南端,阳坡大于阴坡;沉降量随着路基高度呈对数趋势增加;富冰、饱冰等高含冰量冻土区沉降明显高于多冰、少冰地段,高温多年冻土区沉降量高于低温多年冻土区;路基结构对过渡段沉降也有一定的响应性,表现为特殊结构路基沉降较小;粉土、粉质黏土等细颗粒地层段沉降量比砾石土等其他岩性地段大。通过相关性分析表明,过渡段路基沉降与坡向相关系数最大,为0.234,其次为与路基填土高度,为0.213,与桥南北端、路基结构、冻土含冰量也呈正相关关系;与地温的负相关性比较显著,为-0.210,其次与地质条件呈现出负相关性。

青藏高原多年冻土区热融滑塌型斜坡失稳研究

以发育于青藏高原多年冻土区平缓斜坡上的两处热融滑塌为例 ,研究了热融滑塌发育的斜坡地质、冻土条件及变形特征。该类滑坡扩展范围、滑动速率、土体含水量的变化随气温变化及斜坡坡向的不同存在着差异 ,滑坡产生的根本原因在于高含冰量冻土的存在及斜坡开挖影响 ,对热融滑塌的工程治理应从保护冻土的原则出发选择措施 ,还需注意设置良好的隔水、排水措施。

兰新客运专线浩门区间路基温度、水分及冻胀变形特征

粗细颗粒混合填料的微冻胀严重影响着寒冷地区高速铁路的安全运营.基于对兰新客运专线浩门区间运营期4个路基断面不同深度的温度、水分及冻胀变形现场监测,分析了冻结期该铁路路基在不同深度下的温度、水分及冻胀随季节变化特征.结果表明:越接近地表,对外界环境温度变化的敏感性越高,温度传递随时间的滞后性呈指数递减规律,深度超过3 m时全年无负温.寒季2.7 m厚的路基最大冻胀量约2.1 cm,其中,0~0.5 m处寒季最低温度介于-10.3^-15.6℃,暖季及冻结初期含水量相对较高有15%左右,其冻胀率约4.86 mm·m-1,故级配碎石在低温含水量高情况下能有效减弱冻胀.冻胀率最大值(14.34 mm·m-1)发生在0.5~1.5 m之间的普通AB组填料层,寒季最低温度介于-7.2^-12.4℃,暖季及冻结初期含水量介于10%~15%.1.5~2.7 m之间的填料层冻胀率约为1.94 mm·m-1,寒季最低气温-3.2~0.4℃,暖季及冻结初期含水量介于12.5%~15%.路基填料细颗粒(粒径小于0.25 mm)含量越高,冻胀率越大,建议将细颗粒料控制在15%以内.

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。

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100 km/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。

青藏铁路北麓河试验段冻土工程地质特征及评价

冻土问题是青藏铁路建设的难题之一 ,为良好的解决这一问题 ,详细了解线路通过地区的冻土工程地质特征并对其做出工程地质评价至关重要 .在目前完成的青藏铁路北麓河试验段的冻土勘察工作表明 ,该试验段的土层以富含厚层地下冰的细粒土为主 ,试验段地下水丰富 ,全段高温与低温多年冻土都有分布 ,冻土上限深度一般为 2～ 3m .综合上述特征 ,该试验段综合评价为不良和极差冻土工程地质地段 .在类似地区进行铁路建设 ,工程措施设计和采用中要充分考虑冻土工程地质特征 ,否则可能导致工程建设的隐患甚至所采取工程措施的失败 .

青藏高原多年冻土区斜坡类型及典型斜坡稳定性研究

冻土区斜坡稳定性是青藏高原工程建设必须面对和解决的问题之一 .介绍了青藏高原多年冻土区斜坡失稳的主要类型 ,包括崩塌型、蠕变型、泥流阶地型、表土植被层蠕滑型及热融滑塌型等 .其中热融滑塌型对于高原环境、尤其是植被及工程的危害最为显著 ,该类斜坡的诱发因素一般为工程开挖或工程活动对冻土的热扰动 ,斜坡失稳的根本原因在于多年冻土融化后强度的减弱或丧失 .在分析了热融滑塌型滑坡失稳机理的基础上 ,提出了滑坡治理的原则与工程措施方案建议 .

多年冻土区管道通风路基温度边界条件及温度场实测研究

管道通风路基在多年冻土地区是一种良好的主动保护冻土工程措施，但在应用数值方法研究其长期效果中，对边界条件的选取存在着困难，已有的计算结果也缺乏实体工程的验证。基于青藏铁路北麓河实体试验工程，对通风管中气温以及管壁温度进行了分析和拟合。结果表明：通风管中气温年平均值普遍高于环境气温，平均高出1.6～1.8℃，但在正温期管中气温与环境气温的最高值相差不大（＜1℃），而负温期相差较大（达到2℃）；路基阳坡面下0.5m深度地温高于阴坡面3.5～5.5℃。普通路基填筑后在抬升多年上限的同时，也升高了上限附近的地温，且地温场在整个范围内表现出横向上显著的不对称性。通风路基可以对下伏多年冻土起到良好的主动保护作用，表现为冻土上限的抬升和地温的降低。但通风管埋设位置较高的情况下，路基地温场横向不对称范围涉及到原地面以下。降低通风管的埋设高度的情况下，边坡面换热导致的温度横向不对称范围被限制在通风管以上的土体中，而下部土体温度场横向不对称性将得到极大改善。

青藏铁路北麓河试验段通风管路基工程效果初步分析

针对青藏铁路北麓河试验段通风管路基结构的工程效果,基于试验路基在第一个冻融循环周期内的温度监测资料,初步分析了路基温度的发展与温度场分布特征,并对通风管铺设位置、高度等的影响进行了初步分析。结果表明,通风管在路基具有保护多年冻土的作用,同时,管径较大的通风管工程效果相对较好,通风管埋设位置低的路基工程效果要优于通风管埋设位置高的路基。

青藏铁路遮阳棚路基试验工程效果实测研究

太阳辐射是导致气温和地表温度升高的主要因素之一,遮挡了太阳直接辐射后可以有效降低地表温度.基于青藏铁路冻土区遮阳棚路基试验工程监测数据,分析了遮阳棚内外的气温差异和路基地温特征.结果表明:遮阳棚能够降低棚内气温,监测期间棚内年平均气温低于天然条件下平均气温值0.6℃;监测期内天然条件下近地表0.1～0.3m范围的气温高于1.0m以上气温近1℃,但在棚体内部仅相差约0.3℃;日最高气温值在棚体内外的单日差值达6.0℃,平均气温值在地面0.1m高度处相差4.2℃,1.5m高度处相差2.1℃;在遮阳棚的作用下,棚体内部及附近土体地温有所降低,且多年冻土上限有一定的抬升,抬升最大幅度达1.0m.监测结果显示了遮阳棚对于保护路基下冻土的良好效果.

青藏铁路管道通风试验路基地温变化及热状况分析

基于青藏铁路北麓河试验段管道通风路基在2个冻融循环周期内的地温监测资料,分析了路基温度的发展、温度场分布特征及多年冻土的热流量变化.结果表明:通风管埋设于路堤中部的路基温度变化和发展情况与一般路基类似,路基在施工后的2个冻融周期内仍处于整体升温的过程;通风管埋设于路堤下部的路基,虽然前2个冻融循环周期内土体温度与原始状态相比同样有所升高,但开始出现逐渐降低的趋势,同时地温场的分布在横向上的对称性也比较好.在热交换方面,一般填土路基和通风管位于路堤中部的路基在施工后的前2个冻融循环周期内一直处于吸热过程,而通风管位于路堤下部的路基在经历了第1个周期的持续吸热过程后,在第2个冻融循环周期内已经开始放热.

软土基坑变形失稳形态模拟试验研究

通过不同土性、地下水条件下软土基坑开挖变形失稳的模拟试验 ,研究了软土基坑开挖变形发展直至失稳破坏的全过程。通过试验研究 ,初步认为软土基坑坑壁在无支护或支护刚度较小的情况下 ,其坑壁破坏形态呈抛物线型 ;在基坑开挖范围内若存在有砂性土 ,且地下水位较高时 ,易于发生流砂渗透破坏 ,并导致了地表沉陷 ,但侧向变形相对较小 ;而对于因承压水引起的坑底土体隆起变形 ,若不考虑土体的强度特性 ,计算结果是偏于安全的。

青藏铁路管道通风路堤下土体的温度变化分析

本文针对青藏铁路管道通风路堤对于保护多年冻土的工程效果 ,基于试验段在近 2个冻融循环周期内的温度监测资料 ,初步分析了路堤填土下土体温度的发展特征 ,并对通风管铺设高度的影响进行了讨论。结果表明 ,通风管路堤具有保护多年冻土的作用 。

PUC固化路基融化夹层强度及耐冻融性能研究

多年冻土退化导致路基融化夹层(SSLT)数量增加、范围扩大、埋深加剧,其含水量高、压缩性大、承载力低的特点,威胁多年冻土区基础设施安全运行。因此,开展融化夹层的处置研究工作,对寒区基础设施的维护和修复至关重要。为此,本文提出借鉴软土加固技术对其进行加固,采用亲水性聚氨酯(WPU)及改性水泥基地聚物材料(PUC)为固化剂,研究对SSLT的加固效果。结果表明,WPU固化SSLT试样呈弹性特征,压缩强度随WPU掺量增加而增大;当SSLT含水量分别为35%、40%和50%时,WPU最佳掺量分别为6%、10%和15%;冻融循环降低固化土无侧限抗压强度,冻融循环15次,掺入WPU和未掺入WPU固化土强度损失率分别为43.11%和49.38%;微观分析表明,PUC固化剂固化SSLT强度的增加,一部分是WPU充填、包裹、胶结土颗粒增加土体密实度,一部分来自水泥水化过程。本文为寒区老旧路基改造及提高其安全稳定运营提供一种新的解决思路。

冻土工程与环境研究的新进展——第八届国际冻土工程会议回顾

2009年10月在西安召开第八届国际冻土工程会议,就冻土地区工程设计与建设、季节冻土区工程冻害防治、冻土物理力学特性、模型发展及其应用、寒区气候、环境及冷生变化、多年冻土水文学、寒区水资源和土地应用等主要议题进行了广泛交流,报告了近年来冻土工程与环境研究方面的一些新进展.从冻土工程设计、施工和评价、普通冻土研究、冻土的物理力学性质、冻土模型发展及应用、气候变化及冰冻圈环境等方面对该次会议交流的成果进行了总结.与会研究者认为今后的研究一方面要加强理论研究、工程措施机理研究;另一方面要加强寒区环境对气候变化的响应及反馈、以及环境变化与冻土工程措施之间的相互作用研究.

多年冻土地区斜坡稳定性评价问题

根据土体温度的截然不同,多年冻土区的斜坡稳定性可以简单地划分为正冻土斜坡稳定性和正融土斜坡稳定性两大类。正冻土斜坡的变形以蠕变为主,基于蠕变,文中介绍了坡体不同深度处变形速率的计算方法。正融土斜坡变形与失稳兼顾了蠕变、滑动、坍塌和倾倒等几种变形与破坏,其中地下冰的融化在斜坡失稳中起到了十分重要的作用。基于典型热融滑塌型斜坡失稳,针对不同的渗流条件建立了其稳定性评价方法。

青藏铁路通风路堤室内模型试验研究

正在建设中的青藏铁路即将穿越 5 5 0km的多年冻土区 ,冻土问题是青藏铁路面临的首要工程问题。出于铁路建设中保护冻土的原则 ,对通风路堤这一新的、主动保护冻土的路堤结构形式进行了几何相似比为 1∶4的大型室内试验 ,试验所得的路堤土体温度场分布及土体温度的变化结果表明 ,通风路堤能够有效地降低路堤土体的温度 ,从而达到保护天然地基冻土的目的。但是 ,温度场的分布在通风路堤内并不对称 ,及沿路堤中轴线的两侧左右不对称 ,这样可能会影响到下伏冻土温度的差异 ,从而引起不均匀冻胀、沉降变形。另一方面 ,暖季较高的气温条件下 ,通风管两端的进出口需要堵塞或关闭 ,以免造成土体吸热量较多而引起较大的沉降 ,但由于青藏高原很短的融化期 ,这一影响还有待现场试验工程的验证。

人工冻结法在软土地基坑围护工程中的应用

土层人工冻结法应用于矿井工程已有一百多年的历史，但这一技术上相对成熟的施工方法目前基本上还未应用到基坑工程围护。本文阐述了基坑冻结法围护的技术优越性，讨论了人工冻结墙的力学模型，变形特征及其施工对周边建筑环境的影响、并在此基础上指出了开展该技术在基窑工作重点。