三维土工网边坡防护水土保持能力研究

路基边坡防护工程可减轻降雨对坡面土体的侵蚀作用,为深入研究坡面防护材料水土保持能力的定量表征方法,通过室内人工降雨边坡侵蚀模型试验,分析不同降雨强度和不同三维土工网防护下路基边坡的降雨侵蚀规律,提出三维土工网水土保持能力的试验测定方法及相关系数计算公式。研究结果表明:三维土工网防护边坡泥沙流失干质量明显小于相同条件下不设防边坡泥沙流失干质量,土工网防护在减少边坡侵蚀量的同时,有利于边坡侵蚀进程的快速稳定,但土工网的水土保持能力随雨强增大急剧下降。泥沙流失速度随着降雨的持续而逐渐减小,后期趋于收敛稳定,侵蚀历程采用指数函数拟合具有较好的相关性。建议设防边坡的试验降雨时间不少于70 min,不设防的边坡试验降雨时间不小于100 min。水土保持能力系数随雨强的增大呈对数函数关系减小,雨强超过100 mm/h时水土保持能力系数实测值与对数函数拟合值差异较大,建议在测定材料水土保持能力系数时雨强取20~100 mm/h,可取50 mm/h作为标准试验雨强。泡面类三维土工网水土保持能力显著优于普通三维土工网,而双泡面的三维土工网优于单泡面三维土工网。试验条件下凹凸泡面三维土工网的水土保持能力系数主要分布在1.71~3.03,建议50 mm/h雨强三维土工网水土保持能力系数不应小于1.5。

西南山区铁路客运专线隧道底鼓病害变形监测研究

西南山区铁路客运专线具有高桥隧比、沿线地质条件复杂恶劣等特征,在建设和运营过程中易出现各类工程病害。文章基于某隧道底鼓变形病害,设计并开展包含围岩变形、仰拱受力和道床板沉降变形3个监测指标的隧道变形监测方案。通过对监测数据进行分析,获取隧道和围岩受力变形的演化规律,据此提出后续加密轨道几何形位静态、动态检测和衬砌结构贯通裂缝观测、实施列车降速运行等处理措施。相关研究可为该客运专线的安全运营提供有力保障,同时为类似工程隧道病害的监测和整治工作提供有益参考。

基于WRF模式的康定地区风吹雪易发性判断

为给通过地形复杂,缺少气象资料的西南艰险山区的铁路研究风吹雪易发性提供方法,以位于该区域的四川省康定市为例,采用中尺度数值天气预报模式(The Weather Research and Forecasting Mode,WRF)对该区域气象要素的时空分布进行模拟.基于WRF模式中各种参数的特点,设计4种参数方案进行计算,采用双层网格嵌套达到降尺度模拟,为了高精度解析大气边界层过程,在竖直方向、近地面1.5km高度内加密为15层,提取康定站计算结果与观测结果进行比较.结果表明,WRF模式的计算结果符合康定市气候特征,气象要素的相关系数均高于0.5;风吹雪发生概率从高到低的区域依次为康定市东部和南部边缘的贡嘎山区,内部的大雪山段,以及位于101.7°E~102.0°E位置处的铁路线路,概率分别为19%、14%和12%,其他区域的概率低于4%.

基于地质分区的伊犁河谷黄土滑坡滑移特征研究

滑坡给人类生命、财产和基础设施带来了极高风险。在阿拉尔村附近发现了一处潜在不稳定滑坡。本文通过ArcGIS软件对潜在滑坡进行高程、坡度和坡向3方面分析,依据这3个地质因子对边坡进行了地质分区;再运用颗粒流软件PFC^(2D)建立潜在滑坡数值模型,模拟潜在不稳定滑坡位移过程,分析其颗粒应变规律,通过双轴试验模型对滑坡土体的细观参数进行标定,使其和实际相符;最后将数值模型的位移结果与地质分区相结合,得到该潜在滑坡的位移分析结果。结果表明:该潜在滑坡的位移主要集中在高高程、中等坡度区域,而该滑坡在此区域面积占比最大,研究为后续边坡治理提供了一定理论依据。

兰新高速铁路开孔挡风墙周围沙粒沉积与侵蚀特征数值模拟研究

设置在路基上的挡风墙起到了有效防风作用,但是由于其阻碍作用,对路基造成了严重的积沙危害。因此,基于Fluent欧拉双流体模型,对兰新高速铁路沿线既有下部开孔挡风墙周围风沙两相流运动特性进行数值模拟研究,得到挡风墙周围的流场分布规律以及沙粒沉积与侵蚀特征。结果表明:随着来流风速的增大,路堤迎风侧坡脚处的漩涡强度逐渐衰弱直至消失;路堤背风侧漩涡整体位置往背风侧方向移动,且漩涡涡量增加,导致沙粒反向侵蚀区域增加;迎风侧边坡处的沙粒沉积区域逐步减小,沙粒侵蚀区域逐步增加;北侧线路逐渐出现侵蚀区域,而风速对南侧线路沉积侵蚀区域的变化影响较小。在强风地区,布设挡风墙时应考察线路上风向的地表情况,地表松散、沙源丰富时宜同时采取防沙治沙措施,以达到减缓线路积沙危害的目的。

基于改进物元可拓模型的多年冻土路基稳定性评估

为准确客观地评估多年冻土公路路基稳定性,构建了以冻土特性、地质环境、气候条件和工程状况为准则层,包含12个指标的评价体系。选取7个区间的多年冻土公路路基作为样本,通过G1法和熵权法分别计算各指标的主、客观权重,并采用博弈论方法确定各评价指标的综合权重。通过物元变换构建了冻土公路路基稳定性等级的物元体系,计算各指标的关联度。将博弈论组合赋权和物元可拓模型相结合,构建了一种新型的多年冻土公路路基稳定性评估模型,对7个区间多年冻土公路路基的稳定性进行评估。结果表明:年平均地温、工程措施、路基高度、年平均气温和含冰量是影响冻土稳定性最主要的因素;基于博弈论组合赋权和物元可拓模型的多年冻土公路路基稳定性评价方法,克服了G1法赋权中主观随意性带来的偏差,同时也避免了熵权法过于依赖指标数据而忽略指标重要性的问题,这使得多年冻土路基稳定性评估中的指标权重更加科学合理;评价结果与实际路基的变形监测数据吻合度较高,验证了该模型的科学性和有效性。

不同因素对青藏铁路环湖段路基内水分变化及冻胀规律影响研究

为探究青海湖水位持续上升这一状况下冻融循环对青藏铁路环湖段路基带来的影响,对路基内不同含盐量、不同压实度以及不同含水率等因素对路基内水分迁移及冻胀规律的影响展开研究。试验结果表明:对于不同含盐量的土样,随着循环次数的增加,土样含水率逐渐降低,冻胀率逐渐增大(含盐量0土样除外),而且含盐量越高土样含水率降低越多,冻胀率增加越大。对于不同压实度的土样,随着循环次数的增加,土样含水率逐渐降低,冻胀率逐渐增大,而且压实度越大的土样含水率降低越少,冻胀率增加越大。对于不同初始含水率的土样,随着循环次数的增加,土样含水率逐渐降低,冻胀率逐渐增大,而且初始含水率越高的土样含水率降低越少,冻胀率增加越大。研究结果可为青海湖水位不断上升造成的青藏铁路环湖段路基含水率及冻胀控制的研究提供参考。

铁路基床翻浆冒泥路段道砟颗粒运动及力学特性研究

为研究有砟轨道基床翻浆冒泥路段的道床动力学响应规律,自制了一套模型试验装置来模拟铁路基床翻浆冒泥过程,路基模型采用粉质黏土与道砟碎石填筑,在道床层不同位置处埋入三颗智能颗粒传感器实时监测道砟的振动加速度及运动姿态变化,分析洁净状态与不同翻浆冒泥程度对道砟颗粒加速度与运动姿态的影响。试验结果表明:泥浆侵入道床后,道床内道砟颗粒的振动变得更加剧烈,并且泥浆侵入道床程度的加深会提高道砟颗粒的振动水平;在洁净的道床中,道砟颗粒之间会产生较强的约束作用,道砟颗粒不易发生转动;无论在何种道床状态下,道砟颗粒绕横向、纵向转动的程度均大于绕竖向转动;当泥浆侵入道床之后,道砟颗粒会产生绕横向、纵向的较大转动,绕竖向旋转角度没有明显变化。

干旱区铁路沙害治理典型模式研究

对兰铁局辖区60多年干旱沙区风沙危害铁路治理模式进行总结,为干旱区铁路沙害防治提供技术方案。在灌溉条件下,建立的以乔灌木为主体铁路沙害防护体系,一级沙害区;在无灌溉条件下,建立工程固沙+植物固沙雨养型铁路沙害防护体系,适合年降雨量160 mm以上沙害地区,二级沙害区;在无灌溉条件下,建立工程固沙铁路沙害防护体系,适合年降雨量160 mm以下的沙害地区,三级沙害区;“高立式沙障+格状沙障”适合一级沙害地区;“高立式沙障+积沙沟”适合二级沙害地区、“格状沙障”适合三级沙害地区。

基于状态演化模型的高铁路基动力累积沉降变形预测研究

长期循环荷载作用下高铁路基会出现累积沉降变形,对轨道平顺性、列车运行的舒适性与安全性等产生不利影响。为预测高铁路基累积沉降变形,基于考虑颗粒材料系统流动性及历史应变的状态演化模型,采用有限差分法进行求解,得到预测长期循环荷载作用下路基累积变形的计算方法。开展分级荷载及长期循环荷载作用下的路基累积沉降变形缩比尺模型试验,对试验结果进行分析,并验证状态演化模型预测路基累积变形的合理性;提出三阶段拟合法,通过0~10000 s循环荷载作用下的路基累积变形试验数据拟合得到模型的关键参数,并对10000~25000 s的路基累积变形进行预测;最后深入分析初始状态模量、特征应变和特征参数对计算结果的影响。研究结果表明:路基累积沉降变形达到稳定值所需的时间随着荷载幅值的增加而增加;状态变量与荷载大小密切相关,随着荷载增大而增大;初始状态变量、特征应变及特征参数越大,路基的流动性及累积应变速率越大。所提方法可以很好地反映分级荷载及循环荷载下路基的累积变形,实现通过现有数据对路基未来累积沉降变形进行有效预测,为长期循环荷载作用引起的高铁路基累积沉降变形提供了实用的预测方法。研究结果可为高铁路基设计及变形控制提供参考,具有较高的实用价值和工程意义。

大巴山峡谷区高陡危岩发育特征与风险评价

基于三维倾斜摄影采用数字地质调绘手段,研究西渝高铁明通隧道出口高陡危岩的发育特征及成因,基于无人机数字地质调绘成果对危岩区进行稳定性分析和落石运动轨迹数值模拟,分析危岩体崩落后的弹跳高度、运动速度、运动动能、运动距离。结果表明:WY01/02/04危岩带落石滚落到隧道洞口和#0桥台上的概率大,建议接长隧道明洞,设置桥墩防撞装置。

地铁运营线路冷冻法施工联络通道沉降后道床结构整治施工技术分析

随着近年来全国各地大量地铁线路投入运营,地下线冷冻法施工的联络通道处受地下水、地质、外部施工等多种因素的影响,隧道及线路沉降情况日益突出。为对沉降稳定后的运营线路进行整治,研究和掌握下沉量≥81 mm时的轨道整治施工技术,规范运营线路施工流程,确保施工及运营安全。为整治施工提供切实可行的依据,经研究制定了地铁运营线路冷冻法施工联络通道沉降后道床结构整治施工技术。文章结合某市地铁2号线的施工实际,分析了施工过程中的施工工艺、控制措施和注意事项。

黄土铁路路堤滑坡破坏机制与防治技术研究

2021年7月20日,河南省遭遇极端暴雨,诱发大量路基水害。通过对路基水害开展现场调查,查明了水害发生区间内区域地形地貌及水文地质条件,提出了黄土路堤滑坡破坏模式,并结合数值模拟分析路堤滑坡的破坏机制。运用多次分段控制注浆钢花管的防治技术对路堤边坡进行整治,采用挖探调查、高密度电法的手段探究钢花管加固黄土路堤的注浆效果,并结合数值模拟分析注浆加固前后黄土路堤边坡的稳定性。研究结果表明:(1)路堤滑坡不同于路堤浅表层溜坍的坡面病害,是一种严重的坡体病害,常由于坡脚地形低洼,降水在路堤边坡坡脚或下部汇集,浸泡软化路堤边坡,引起边坡岩土抗剪强度不足导致滑坡;(2)数值模拟结果表明坡脚积水深度对路堤边坡的竖向应力场无明显影响,对积水侧边坡的水平应力场与位移场影响显著;随着积水深度增大,路堤边坡最大剪应变的最值增大,稳定系数减小;(3)挖探调查与高密度电法探测结果表明钢花管注浆技术在黄土地层劈裂注浆效果良好,黄土边坡内部孔隙被水泥浆体充填,隔绝了坡体内部的流水通道,抑制坡体内部受水侵蚀;(4)钢花管注浆加固后数值模拟结果表明,整治加固后路堤稳定性显著提升。研究成果为铁路系统工务部门的水害防治工作提供参考。

山区铁路地质灾害监测技术及应用

针对山区铁路地质灾害监测缺乏有效手段、监测系统不健全等问题,以某山区铁路为工程背景,围绕滑坡、崩塌落石、泥石流等典型地质灾害,分析了山区铁路地质灾害监测需求,基于山区铁路各种地质灾害监测方案设计思路,给出了铁路不同类型地质灾害合理预警方法。通过系统设计与开发建立了铁路地质灾害监测预警辅助决策系统,并针对一座隧道出口仰坡进行了监测方案设计。该监测方案满足了铁路地质灾害监测信息管理对崩塌落石及泥石流灾害灾前、灾中及灾后预警防控的数据要求。

多年冻土区热融湖塘状态及侵蚀路基病害防治措施

近年来,随着气候变暖和青藏高原降水的逐年增加,青藏铁路沿线的热融湖塘数量和面积也明显增加,开始影响青藏铁路路基安全。通过现场调查和统计分析,对青藏铁路多年冻土的热融湖塘发育状态和应对措施进行研究,研究结论包括,随着气候变暖和青藏高原降水的逐年增加,青藏铁路沿线的热融湖塘数量和面积也明显增加,且离路基越来越近;青藏铁路路基两侧20 m范围内发育热融湖塘14处,部分热融湖塘已延伸至路基坡脚,严重影响地基多年冻土的稳定,进而影响路基稳定性;对影响铁路路基安全的2处典型热融湖塘进行分析,提出包括地表水、地下水双隔离及太阳能热棒增强冻土稳定性的措施。

太阳能制冷技术在多年冻土区的研究及应用

全球气候变暖趋势下,多年冻土地基的赋存环境发生变化,导致多年冻土区路基的下沉现象较为普遍,为保证多年冻土地基的稳定,急需新型技术以应对带来的多年冻土工程稳定性挑战。该文重点介绍太阳能吸附式制冷在维护多年冻土中的机理及作用,通过分析青藏高原丰富的太阳能资源,探讨太阳能吸附式制冷在保护多年冻土地基热稳定中的潜力。研究结果表明,太阳能吸附式制冷技术在多年冻土区能够充分利用丰富的太阳光照作为热源动力,实现持续制冷,有效保护冻土地基。该文还讨论太阳能热棒技术的现状和未来发展方向,指出其作为一种环保、节能的制冷方式,在应对全球气候变暖和保护寒区工程热稳定方面具有广阔的应用前景。

包兰铁路沙坡头段风沙运动规律及其与防护体系的相互作用

包兰铁路沙坡头段是穿越流动沙丘最长，受到风沙危害最为严重的路段，自建成运营45a以来，其有效而稳定的防护体系受到世人的关注和公认。通过前期23a的防沙实践和后期22a的监测证实：①该地区存在着一个较为稳定的风沙流场，具有三组不同风向，主风向为W-NNW，次主风向为NE—E、WSW—S，此种风沙流场格局具有明显的季节变化，是塑造格状沙丘形态和造成对铁路危害的重要因素。②沙丘移动过程表现为格状沙丘主梁沿主风向前后摆动，以缓慢的速度向前推移，其移动量为2～5m·a^-1，造成风沙危害的最直接的原因是格状沙丘副梁的迅速前移，22a平均移动速度为0．527m·a^-1。合成移动方向为318．6°（NW→SE）。③从理论上考虑，前移的沙体是一种对防护体系的潜在威胁，即可能在固沙带前缘形成高大的沙堤掩埋防护体系。可是，实际上随着防护体系的建立和逐步的完善，不但有效的保障铁路的安全，而且同时也抑制了年总输沙量的25％；并改变了风沙流场的某些性质或作用，进而控制了风沙活动的方向与活动强度。在迎风坡的风蚀和背风坡的积沙致使沙丘高度相应的降低，这种变化规律具有从流沙区向固沙区逐渐衰减的趋势。

普速铁路隧道整体道床下沉产生机理与整治技术优化研究

随着列车轴重、轴次的不断增长和服役年限延长,于上个世纪70年代修筑的普速铁路隧道整体道床陆续出现开裂、不均匀沉降等病害。本研究从病害产生机理出发,以兼顾行车与施工的前提下,对既有病害整治方法进行优化,提出使用快速早强材料注浆抬升道床、修复裂缝和同步更换支承垫石的方法。整治效果表明:该施工方法对于整治现有普速铁路整体道床不均匀沉降和开裂是可行的;注浆后现场实测轨距、水平、高低等静态检查结果符合作业验收标准;轨检车动态检查结果表明整治后轨距、水平、左高低、右高低、垂向加速度等项目标准差较整治前分别下降59.85%、16.07%、68.69%、72.53%、29.51%;本研究将为类似普速铁路隧道整体道床病害整治提供实证依据。

有砟铁路路基翻浆冒泥整治技术发展

有砟铁路路基翻浆冒泥病害是我国铁路线路常见病害之一,影响线路运营安全,须采取措施整治。在概述有砟铁路路基翻浆冒泥机理的基础上,对我国常用的传统整治技术进行梳理,并重点归纳总结整治路基翻浆冒泥的新技术及其应用效果,以期为今后有砟铁路路基翻浆冒泥的整治提供借鉴,保障铁路线路的安全运营。

注浆钢管微型桩加固滑坡的试验研究

为探讨注浆钢管微型桩对滑坡的加固机理,通过离心模型试验,分别从坡顶位移、坡面位移及坡内部位移分析了注浆钢管微型桩对滑坡的控制效果,并讨论了钢管微型桩的受力特征.试验结果表明:注浆钢管微型桩能有效地控制边坡土体位移,阻止滑坡的产生,防止圆弧型滑裂带的形成,仅坡体表面局部浅层形成裂纹;前桩所受的最大土压力约为后桩的13.3%,表明后桩承受较大的滑坡推力;加固过程中,前桩的弯矩曲线由反S型逐渐变为S型,而后桩的弯矩曲线一直呈S型.