中巴公路泥石流灾害破坏及防治优化

中巴公路沿线活跃的地质构造运动、陡峭的地形地貌与冰川气候造成泥石流广泛发育,威胁中巴公路扩建与建成后的运营。分布在中巴公路北段冰川泥石流对该公路的威胁最为严重。根据2008-2011年期间雨季前后泥石流的活动状况,采用沿线普查与重点详查的研究方式,总结中巴公路沿线泥石流灾害的主要危害类型;并结合设计图纸,对2009年以前原中巴公路防治工程进行简要的损毁评估;通过分析中巴公路的防治现状提出相应的防治对策,最终针对典型的病害提出具有代表性的改进措施,以期为高海拔区公路灾害的防治提供一定的参考。研究表明:中巴公路泥石流的危害类型有5种,即淤积、侵蚀、冲击、漫流改道与堵江;损毁评估结果显示原有小型泥石流防治工程基本失效;原大型桥梁工程配套防治工程需要新建或加固;而新建桥梁工程运行良好;泥石流防治工程应考虑以下5个现状:援建工程的性质、不良工程地质条件、公路短期安全与灾害发展趋势的统一、主动工程被动防治及建立灾害管理与公路养护机构;鉴于中巴公路防治工程所面临的"技术经济性"问题,典型防治工程应根据泥石流的分布特征、性质特点与公路的交汇关系,采取因地制宜的防治方案。

SMA混凝土梁的裂缝监测及自修复

试验研究了混凝土梁加载过程中Ni-Ti形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)丝电阻变化率与混凝土梁裂缝宽度的关系和SMA丝通电激励过程中混凝土梁裂缝恢复的变化规律.结果表明:SMA丝电阻变化率随混凝土梁裂缝宽度的增加呈现出规律性的变化,尤其是当混凝土裂缝在0.3 mm范围内变化时其电阻变化率对梁裂缝变化更为敏感;SMA丝通电激励后的恢复特性能使SMA混凝土梁的裂缝很好愈合.利用SMA丝电阻变化率对裂缝变化的敏感性和其相位恢复特性可实现对混凝土梁裂缝的自监测和自修复.

锚杆锚固质量无损检测中的激发波研究

采用数值模拟和实验模拟的方法对锚杆–锚固体系中的波动特征进行研究。数值模拟和实验模拟都表明在一般测试激发波的频率范围内锚杆以及锚固体系中传播的波是导波,在不同频率时波的传播速度、波的衰减特性都不同。在锚固锚杆中存在最佳激发波,它能使波传播衰减最小传播距离最长。通过数值模拟的方式找到了对于实验室的锚固锚杆模型能使底端反射清晰可见的最佳激发波。据此定制了实验装置及传感器,实验结果与数值模拟取得了很好的一致性。实验和数值模拟都证明采用最佳激发波可以大大增加锚杆锚固质量检测中的测试深度。

中国-巴基斯坦喀喇昆仑公路Ghulkin冰川百年进退变化

巴基斯坦喀喇昆仑山的Ghulkin冰川是距离中国-巴基斯坦喀喇昆仑公路最近的典型冰川之一,其冰川的进退变化影响着喀喇昆仑公路改建工程的线路设计与工程施工.为了追溯Ghulkin冰川的活动历史和查明近期进退变化,对过去200a的相关文献和记录进行统计分析,并开展了2008-2011年野外定点观测,总结与分析了Ghulkin冰川冰舌的活动历史与近期变化.研究表明:Ghulkin冰川在1885-1980年近百年间经历了3次前进和3次后退,在此期间冰川波动了625m;1913-1925年冰川处于显著的前进状态,1966-1978年冰川有小段距离的前进;2008-2011年K676+660处泥石流沟道逐年抬升,2011年南坡冰川融水由K676+660改道至K676+450;2010年的南坡冰舌较1994年后退了300余米,2011年的南坡冰舌较2010年后退了15.066m,可见在2010-2011年期间冰川处于局部短期后退状态.中巴公路冰川泥石流等灾害不但受区域气候的影响,而且还受冰川变化的影响.未来气候变暖将会导致冰川的强烈消融和后退,冰川融水携带大量冰碛体,形成大型的冰川泥石流,对公路的安全运营造成严重威胁.

中巴喀喇昆仑公路冰川地貌地质灾害

中巴喀喇昆仑公路(简称中巴公路)所处高山峡谷冰川地带,区域构造复杂、地势险峻、气候多变、冰川活跃,地形、地质与水文等工程地质条件极其恶劣,公路沿线雪崩、泥石流、坍方、滑坡、岩崩等冰川成因的地质灾害频发。自1979年通车以来,中巴公路地质病害严重,处于半年通行状态。中巴公路改扩建项目(雷科特大桥-红其拉甫山口)2008年动工,由中国政府援建,将着眼于改善行车路况和地质灾害治理。由于地缘政治与科研条件的限制,国际上对中国公路沿线地质灾害研究并不多见。该文总结5年野外工作成果和资料,尝试对中巴公路地质灾害发育背景、类型、分布规律和发育特征等方面提供总结与评估。

约束态SMA混凝土梁的裂缝监测及自修复

利用形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)丝超弹性和激励回复产生较大驱动力的特性,将不同预拉长度及根数的Ni-Ti SMA丝预埋入混凝土模型梁中,研究了混凝土梁加载过程中Ni-Ti SMA丝电阻变化率与混凝土梁裂缝宽度的关系以及Ni-Ti SMA通电激励过程中混凝土梁裂缝恢复的变化规律.试验中考虑了SMA滑移的影响,并通过理论计算对其进行验证,计算时考虑了锚具造成的附加电阻的影响.结果表明:SMA显著提高了混凝土梁的变形能力和抗裂能力;在通电激励后,混凝土梁在Ni-Ti SMA激励回复效应驱动下,挠度迅速恢复,裂缝闭合;增加Ni-TiSMA总截面面积可提高合金对混凝土梁的驱动效果;在裂缝宽度小于1.5 mm时,Ni-Ti SMA电阻变化率和混凝土梁的裂缝宽度呈明显的线性关系;钢筋塑性变形的存在,对混凝土模型梁的变形回复起阻碍作用.

锚杆锚固体系中的波系特征研究

采用凝固过程中的混凝土模拟不同物理力学特性的锚固介质,用数值模拟和试验的方法研究了锚固锚杆中的波系及锚固锚杆中界面波的形成过程。数值模拟和试验模拟都表明随着锚固介质力学性质的改变锚杆中传播的波的特性发生改变。锚杆中传播的P波对锚固介质的力学特性非常敏感,随着锚固强度的增加,界面波产生,P波逐渐衰减消失。锚杆中传播的波由原来的P波占主导成为界面波占主导,波在锚固段的传播速度也由杆速度成为界面波波速。界面波的波速与锚固介质的力学性质相关,因此可以用界面波的波速来评价锚杆锚固质量以及计算锚杆锚固段长度。

锚杆锚固结构中导波传播的数值模拟

用理论分析、数值模拟和实验测试的方法研究了自由锚杆和锚固锚杆中的波传播特性。研究结果显示在测试激发波的频率范围内（10～100kHz），锚杆中传播的波是一个和边界条件相关的导波，不同频率的波在锚杆中传播的速度不同。同时分析了采用有限元模拟锚杆中传播的导渡时网格密度对模拟结果精度的影响。模拟体渡时一般要求在波传播方向上的N值（一个波长内的单元数）大于20，但模拟杆状结构中的导波传播时N值要大于30，并且径向（垂直波传播方向）的N要求比轴向（波传播方向）N值更大。而且模拟不同频散特性的渡需要用不同的N值，也就是说对于同一频率的波，频散越大，所需要的N值亦越大。实验室对自由锚杆和锚固锚杆的测试结果与数值模拟的结果取得了很好的一致性。

中巴喀喇昆仑公路冰川灾害

中巴公路穿越西喀喇昆仑-喜马拉雅山系的冰缘地带,沿线冰川活跃,冰川消融与进退等引发各类地质灾害,严重损毁公路,危及公路安全。中巴公路灾害防治是中巴公路改扩建工程的目标,科学防灾减灾需要掌握中巴公路沿线冰川及冰川灾害的形成及发展规律。通过野外调查、定点观测、文献检索与遥感解译等研究手段发现,独特的地形地貌、丰沛的夏季降雪、险峻的地形落差、山地气候波动等环境因素孕育大量跃动型冰川,具有长期萎缩与间歇跃动、同期不同步、夏季累积型和悬冰川的活动特征。中巴公路沿线可区分为四大活动性冰川群,洪扎河谷(Hunza River)一带的帕苏幕士塔格山冰川群(Pasu Mustaghs)最为活跃。中巴公路冰川灾害可分为冰川灾害与冰川地质灾害两大类别,10个类型。其中,冰湖溃决、冰川泥石流的治理是工程上主要面临的防治问题。