青藏铁路多年冻土地区碎石护坡路基非线性分析

为了研究碎石护坡对冻土区路基温度场的影响,以青藏铁路试验段现场观测的气候和地质资料为上边界条件,运用带相变瞬态温度场有限元数值解法,对不同厚度的碎石护坡路基进行了分析。结果表明:粒径为10 cm的碎石护坡对多年冻土区路基的稳定性有保护作用;碎石护坡对路基坡脚附近地温影响较大,采用碎石护坡对防止路基纵向裂缝的产生有一定的作用;实际应用中碎石层厚度不能太厚。

铁道工程智能施工与概预算课程建设的探索

铁道工程智能施工与概预算作为一门新开设的铁道工程专业本科生主干课程,对培养学生的综合应用能力、创新能力和铁道工程实践能力具有重要作用。经过一年的教学实践,北京交通大学铁道工程智能施工与概预算课程取得了良好的教学效果,但在实践教学中仍然存在一些突出问题,有待进一步改革和完善。课程组通过分析铁道工程智能施工与概预算课程的教学现状及在教学过程中遇到的问题,提出了相应的解决方案,旨在进一步提高该课程的教学质量和水平,为学校“双一流”学科建设奠定基础。

基于SINMAP模型的线路工程廊道浅层滑坡危险性评价

进行线路廊道滑坡地质灾害危险性评价与监测预警对线路的通畅和安全运行至关重要。本文以某铁路段廊道作为研究区域,结合地形地貌、地质、遥感信息、土壤、植被、水文及气候等数据,分析区段内滑坡孕灾影响因素并进行多因素方差分析,构建廊道滑坡稳定性指数地理空间信息模型,以此为基础对线路廊道进行滑坡危险性评估。针对诱发滑坡主要因素降水量的影响,对线路廊道滑坡危险性进行不同降水量条件下的分段评价,为铁路线路滑坡灾害评估、监测与预警工作提供理论与方法支持。

铁路预制混凝土梁缺陷对结构受力性能的影响试验研究

我国铁路简支梁桥以等跨布置的32 m预应力混凝土梁结构为主。为研究混凝土缺陷对结构受力性能的影响,对一片有施工缺陷的32 m混凝土简支梁进行了静载试验,分析了桥梁跨中下缘混凝土不密实及裂缝对梁体受力性能的影响。结果表明:当混凝土梁跨中下缘不密实时,不密实区混凝土的弹性模量和抗拉强度均会降低,导致梁体的预应力度、竖向抗弯刚度和抗裂性能降低。当预制混凝土梁跨中下缘出现不密实情形时,应通过静载试验来检验其刚度和抗裂性能是否满足规范和设计要求,评定合格后方可架设。

隔热层对季节冻土区无砟轨道路基冻胀防治的适应性分析

结合客运专线无砟轨道路基的工程结构及我国东北地区季节冻土的工程特点,通过对粗颗粒土的室内冻胀试验,得出随着细颗粒含量的增加,粗颗粒土的持水性和冻胀率都相应增大;当粗颗粒土中小于0.075 mm细颗粒含量为5%时,土样经饱和再排水条件下冻胀率为1.31%。根据哈齐客运专线季节冻土区的地质及气候条件,采用有限元数值方法分别对季节冻土区既有和新建的客运专线无砟轨道路基设置隔热层后的路基温度场进行了对比分析,计算结果表明:对于新建路基,在路基面铺设10 cm厚隔热层和保温护坡措施后路基的保温效果良好,可以起到对路基冻害的预防作用;对于既有路基,采用在路基面(轨道板处除外)和边坡位置铺设隔热层措施,路基的保温效果不明显。

多年冻土区路桥过渡段变形及地温场试验

根据多年冻土区路桥过渡段路基在竣工后3 a内的现场试验数据,分析了路基不同位置的地温变化、路基基底沉降变形和路基不同位置沿横向及纵向的沉降变形规律。结果表明:采用粗颗粒土填筑的过渡段路基对多年冻土区土体有明显的冷却效果,可防止多年冻土上限的下降;路基阳坡的沉降大于阴坡,而沿路基纵向,距离桥台越远路基沉降越大,但路基沿横向和纵向的沉降均满足工程要求;这种粗颗粒土填筑的路桥过渡段可适用于多年冻土区。

动、静荷载作用下细粒土的冻胀特性实验研究

随着列车速度的不断提高,季节冻土区路基工程的冻胀问题也越来越突出。为研究细颗粒土在动荷载作用下的冻胀特性,进行了无荷载、静荷载和动荷载条件下室内开敞系统的冻胀实验,对比分析了无荷载、静荷载和动荷载条件下细粒土的冻胀变形、水分迁移速率及土中含水量的分布。实验结果表明:静荷载、列车动荷载对土的冻胀都具有一定的抑制作用,随着外荷载值的增大,该细颗粒土的冻胀率逐渐减小;且当静荷载值等于动荷载幅值的二分之一时,动、静荷载对细颗粒土冻胀的影响基本相同;土冻结过程中水分迁移速率随着冷却温度的降低而逐渐增大,而随列车动荷载值的增大而相应降低;土的冻胀特性基本不受列车动荷载频率变化的影响。

青藏铁路多年冻土区热棒路基的冷却效果三维有限元分析

为研究热棒对多年冻土区路基的冷却效果,根据青藏铁路试验段的路基设计资料及青藏高原的气候条件,分别对热棒间距为3,4,5和6 m的热棒路基进行了三维数值计算。根据计算结果,对以上4种条件下的热棒路基地温场分别在竣工后第1年、第10年和第30年的10月份沿路基横向和纵向的分布规律行了对比分析,并对在气候升温条件下的地温场发展趋势进行了预测,在以上分析基础上研究了间距4 m的热棒对路基的有效冷却范围。结果表明,热棒对路基有明显的降温作用,且在长期运营中热棒可以保证路基的稳定;随着热棒间距的增大,热棒对周围土体的整体冷却效果逐渐减弱,对于青藏高原试验段中的地质气候条件和热棒类型,其有效冷却半径约为2.0 m左右,热棒之间合理间距不应超过4.0 m。

高温冻土区填土路基的地基融化固结变形分析

针对青藏铁路高温冻土区普通填土路基的融沉变形,基于拉格朗日法描述的大变形固结理论及考虑相变作用的路基传热理论,对高温冻土区不同高度填土路基的温度场和地基融化固结变形进行计算分析,并与现场监测结果进行对比。温度场分析结果表明,高温冻土区4和6m高填土路基在短期内可使冻土上限略微抬升,但下伏多年冻土存在缓慢升温过程,其升温幅度每年约为0.02℃左右;随着气候逐渐变暖,填土路基下冻土上限在后期会逐渐下降,且填土路基高度越小则上限下降量越大,最终在路基下部形成融化盘。融化固结变形分析结果表明,填土路基沉降变形表现出季节性,即暖季沉降变形发展迅速,冷季发展缓慢,发展趋势与现场监测结果吻合良好;在给定的地质条件下,2,4和6m高填土路基在竣工50年后其沉降变形量分别为255.2,470.4和689.7mm,即沉降变形量与其高度呈正比,且高填土路基沉降变形的季节性更显著;填土路基高度和多年冻土的含冰量是影响填土路基沉降变形的主要因素。

多年冻土区含保温夹层路基温度场的数值模拟

多年冻土区道路的修筑 ,改变了原来天然地表与外界的热交换关系 ,引起多年冻土区冻土的融化 ,从而导致路基面破坏。本文运用有限元分析方法 ,对多年冻土区含保温夹层的路基温度场进行了数值模拟。为了检验保温材料的效果 ,计算时采用改变保温材料聚苯乙烯 ( EPS)层的厚度、宽度、埋设位置及路基表面条件 ,来模拟路基面下多年冻土季节最大融化深度在今后 5 0年内随时间的变化。通过对计算结果和多年冻土上限变化的分析比较 ,得出了在多年冻土区路基中铺设保温材料对路基面下多年冻土具有明显的保护作用 。

京沪高速铁路路涵过渡段动态响应特征及影响范围研究

针对高速铁路的桥涵与临近路基由于存在材料和沉降的差异形成的刚度和几何不平顺,对路涵过渡段的动态响应和影响范围进行研究。本文建立“车辆-轨道-过渡段”垂向耦合动力模型,研究过渡段路基的动态响应特征,并与京沪高速铁路廊坊段路涵过渡段现场实测值进行对比。结果表明,当运行速度小于300km/h 时,过渡段基床动应力、加速度、垂向位移等随速度增加而增大；在300km/h 时动应力、加速度出现最大值,动位移随行车速度呈线性增大；从动应力、加速度的影响范围看,运行速度在300 km/h 以下时路涵过渡段影响范围为20-25m,300km/h 及以上时,过渡段长度达到30-35m。当设计速度超过300km/h 时,应适当加长路涵过渡段长度。

预应力锚索框架内力计算的有限差分法

根据Winkler弹性地基模型,考虑在不同的锚固力、地基系数、抗弯刚度条件下,利用差分法对锚索框架的内力计算公式进行了推导,并根据静力平衡和横梁与竖肋的变形协调进行锚索力的分配,使计算结果更接近于实际情况.应用此方法对某工程实例进行计算,并把计算结果与现场实测结果进行比较,证明此方法可行性和适用性.

季节冻土区铁路路基变形监测及冻害原因分析

根据京包铁路、包兰铁路路基在1月—6月期间的变形监测和路基土的级配试验,分析了季节冻土区铁路路基的冻胀变形情况及产生原因。分析结果表明,在内蒙古境内的季节冻土区铁路路基冻胀呈现整体性变形特点,但不同里程处的路基冻胀差异较大;在监测区段内,京包线路基最大冻胀率为5.2%,最小冻胀率为2.4%;包兰线路基最大冻胀率为4.2%,最小冻胀率为1.1%;路基的冻胀变形极不规则,严重破坏了路基的整体平顺度。京包线、包兰线路基填土的级配不良是引起路基冻害的首要原因;路基多年的冻害效果累积和基床土质不均导致冻胀变形不均匀发生。

多年冻土区路基U型水沟热力耦合理论分析及现场试验

针对青藏铁路多年冻土区路基坡脚U型排水渠道的冻胀病害,采用热力耦合的有限元方法对U型排水渠道的温度场和应力场进行数值计算,分析U型排水渠道周围土体的温度场和渠道所受水平冻胀力的分布特点及渠道冻害产生的原因,并对提出的防治措施进行现场验证。结果表明,寒季在U型排水渠道附近将出现二维冻结区域,产生的水平冻胀力可导致其破坏;渠道所受水平冻胀力沿埋深呈不均匀形状分布,中段较大,两端较小;渠道周围换填10cm厚非冻胀填料可有效减小水平冻胀力,使其稳定性明显提高。

不同因素对排水沟渠水平冻胀力的影响

多年冻土地区的排水沟渠经常遭受水平冻胀力的破坏,严重影响构筑物的服役性能。根据青藏高原多年冻土区路基坡脚U型槽排水沟渠的现场试验,并通过数值计算与理论分析,分析了结构埋深、粗颗粒换填范围以及结构形式对其温度场和水平冻胀力的影响。结果表明:改变工况,对土体温度场分布的形状影响较小,仅对其大小有一定影响。不同工况下水平冻胀力均沿深度非均匀分布,最大水平冻胀力主要出现在结构中部,而其上部和下部较小,结构侧壁在1/2至1/3处易发生冻胀破坏。梯形结构所受的水平冻胀力较U型结构增大13%~15%左右,但其分布形式基本相同。因此,U型结构在降低水平冻胀力方面优于梯形结构。随着换填范围增大,排水沟渠的水平冻胀力最大值逐渐减小;对于埋深1.7 m的排水沟渠来说,其侧边的0~2.8 m是影响水平冻胀力的主要换填宽度范围,而当换填宽度超过2.8 m后,水平冻胀力几乎不再降低。

“路基工程”课程教学方法的实践与探索

本文根据"路基工程"课程内容的特点及教学实践,从学生的学习兴趣培养、交叉课程的学习、教学模式和考核方式四方面,对"路基工程"课程的教学方法进行了叙述,期望促进该专业课程教学水平及教学效果的整体提升。

青藏铁路多年冻土区路基排水沟病害防治分析

通过现场调查,青藏铁路多年冻土区路基排水沟的破坏主要表现为渠道混凝土板的酥化、破裂及渠内渗水和积水。而造成排水沟病害的主要原因为气候条件及施工质量、土体往复的不均匀冻胀融沉、冻结层上水。青藏铁路多年冻土区路基排水沟的病害防治措施应从控制土体冻胀、融沉和采用可适应土体不均匀变形的渠道结构两方面考虑。

水泥及石灰改良土冻融循环后的动力特性研究

为扩大季节冻土区高速铁路路基填料的使用范围,对冻融作用下不同掺和率的水泥及石灰改良土进行了动三轴试验,研究了改良土的临界动应力的变化规律及影响因素。试验结果表明:反复冻融作用下水泥土的改良效果要优于石灰土,相对于素土的力学性能均有明显的改善;两种改良方法的抗冻融性存在一个最优掺和率。同时,引入冻融循环临界动应力衰减系数ηf,应用于改良土掺和率设计中,以选取合理的改良方法和掺和率。

冻融作用下水泥及石灰改良土静力特性研究

为扩大季节冻土区高速铁路路基填料的使用范围,对不同冻融次数、冷却温度和围压下水泥及石灰改良土的应力-应变关系、静强度参数和破坏图像进行了研究。试验结果表明,水泥土的应力-应变关系为加工软化型,冻融作用下石灰土的应力-应变关系为加工硬化型;水泥土以脆性破坏为主,而石灰土的破坏形式为塑性破坏;围压对改良土应力-应变关系曲线形式影响不明显,随着围压的增加,改良土的峰值强度增大;改良土的黏聚力随冻融次数的增加而逐渐减小,而内摩擦角与冻融次数的关系无规律可循;冷却温度对改良土黏聚力的影响不明显;反复冻融作用下水泥土的改良效果要优于石灰土。

冻融循环作用下水泥改良土的力学性质研究

针对季节性冻土区的特殊环境,对冻融循环后的水泥改良土进行系列动静试验,研究土体的物理性状、力学特性与冻融次数、冷冻温度的关系。结果表明,反复冻融作用改变了土体的性状,这一改变过程是使土体内部结构从不稳定态向动态稳定平衡状态发展的过程;其应力—应变关系呈应变软化型,表现为脆性破坏,存在明显的剪切面;动荷载作用下,水泥改良土试样存在一临界状态,其破坏过程分为3个阶段:微裂纹出现、裂纹扩展和整体错动;经历3次冻融作用后,其临界动应力随冻融次数下降趋势变缓;动应力和冻融作用对水泥改良土的回弹应变影响显著;回弹模量存在一临界值,其值随冷冻温度的降低而降低。