季节性冻土层埋地管道围岩稳定性分析

中国作为世界冻土大国,近一半国土含有不同种类的冻土,在油气管道的敷设过程中冻土、冻岩问题不可避免,因此研究埋地管道周围岩石稳定性十分重要。弹性模量是分析及评价岩石结构完整性与稳定性的重要指标,埋地管道围岩宏观及微观组成结构及分布特征等对岩石弹性模量有重要影响,目前研究存在一定不足。基于多孔介质表征单元体方法,建立了饱和冻岩弹性模量计算模型。利用所建模型,以砂岩体结构为例进行了模拟计算,分析了孔隙率、含水率以及通道构成系数等变化对岩石弹性模量的影响特性。结果表明:模型的弹性模量随孔隙率的增大呈下降趋势;当孔隙率恒定时,弹性模量随含水量的增大而减小,随通道构成系数的增大而减小。

锡林浩特地区季节性冻土对气候变化的响应

为了研究季节性冻土的变化特征及气候变化对冻土的影响,基于锡林浩特国家基准气候站1961-2021年的逐日冻土深度和气象要素观测资料,通过线性倾向估计、相关性检验、M-K突变检验、Morlet小波分析等方法,对最大冻土深度的年际、年代际变化规律,季节性冻土冻融日期进行分析,研究影响最大冻土深度变化的气象因子,建立冻土深度多元回归方程。结果表明:最大冻土深度以-1.75cm/(10a)的速度变浅;年代际变化呈“V”形分布,20世纪70年代平均冻土深度最深,90年代平均冻土深度最浅,总体为深一浅一深的变化规律;1983-1988年冻土深度有强突变发生;最大冻土深度的主周期为28a;冻土冻结日期变化趋势不明显,消融日期有提前的趋势;最大冻土深度与年平均气温、平均最低气温、平均40cm地温均呈极显著负相关,说明气温和40cm地温是影响季节性冻土深度变化的关键气象因子。通过建立多元回归方程,可以预测锡林浩特地区的冻土深度,为地方修建铁路、埋设取暖管道等与冻土相关的生产生活服务,同时,研究冻土深度的气候变化响应对合理利用气候资源有针对性地开展农牧业生产,促进草原生态可持续发展有重要意义。

断层作用下季节性冻土区埋地输气管道安全性分析

季节性冻土区埋地输气管道在断层作用下的安全性受到诸多因素影响,为研究管道内天然气温度、管道埋置深度、管道内压、管道壁厚对埋地输气管道安全性的影响,借助有限元软件ABAQUS建立管土非线性相互接触模型模拟断层错动。分析可得,在研究的数据范围内:埋地输气管道在断层作用下的最大应力出现在断层附近的管道上,虽然断层两侧管道均有应力集中,但是两侧应力集中分布范围与峰值大小并不相同;提高管道内天然气温度可以降低埋地输气管道在断层错动下的应力,降低埋地输气管道破坏的可能性;浅埋管道能够减小断层作用下埋地输气管道应力,降低埋地输气管道被破坏的可能性;埋地输气管道内压越高,管道应力随断层错动增长的越迅速,发生破坏的可能性越大;埋地输气管道壁越厚,管道应力随断层错动增长的越缓慢,发生破坏的可能性越小。

高寒季节性冻土区铁路路桥过渡段冻胀特性数值模拟研究

铁路路桥过渡段是整个线路中至关重要部分,也是相对薄弱部位,高寒季节性冻土区铁路路桥过渡段填土冻胀引起墩台梁体变形变位,对线路平顺性造成了很大影响。针对高寒季节性冻土区铁路路桥过渡段冻胀问题,基于热力耦合理论,采用ABAQUS软件建立铁路路桥过渡段数值模型,分析过渡段温度场与填土冻胀发展变化规律,探讨由桥台后填土冻胀引起的桥梁-桥台-填土相互作用。结果表明:材料热力学特性与桥台温度边界是影响温度场平衡过程与分布规律的主要因素,且距桥台距离增加,影响逐渐减弱;过渡段土体地温具有正弦分布、相位滞后与振幅衰减规律;随着填土水平冻胀变形发展,桥台会逐渐发生侧移和倾斜,进而导致桥梁与桥台顶紧,影响桥梁结构安全。

西北季节性冻土场地地震反应特性研究

我国西北地区被季节冻土全覆盖,且近年来该区域地震频发。为研究我国西北地区季节性冻土场地的地震反应特性,开展了季节性冻土场地振动台试验,并建立了不同冻结深度的三维实体有限差分模型,对比分析了不同地震激励作用下的季节性冻土场地的地震反应特征和土体的动剪应力—动剪应变规律。结果表明:在地震激励下,冻土层的存在虽然有效抑制了地震动能量,但冻结期场地的水平位移与非冻结期相比明显较大,且竖向位移呈显著的层状震陷特征;冻土场地的峰值放大系数呈先增大后减小然后再增大的规律,并且冻土层深度越大其峰值放大系数越小。此外,通过土体的动剪应力—动剪应变关系可以发现,冻土场地地震反应具有明显的非线性特征,且冻土层的存在对地震能量具有一定的削弱作用。

季节性冻土区盐渍土路基施工技术研究

为了探讨季节性冻土区盐渍土路基施工的技术难题及解决方案,文章通过分析季节性冻土区的地质与气候特征,以及盐渍土的类型和特性,阐述了在这一特殊环境下路基施工的关键技术措施,主要分析了测量放样、路床超挖与基底换填、路堤高度控制、路基隔断层设置,以及路肩加固和排水设施施工等关键施工环节,有效提高季节性冻土区盐渍土路基的施工质量和稳定性,还提出了施工质量保障措施,为类似工程提供了理论指导和实践参考,具有重要的理论和应用价值。

高海拔地区季节性冻土路基施工技术研究

甘南藏区季节性冻土问题给公路工程的路基施工造成较大难度。为了实现道路工程质量建设,并科学地选择施工技术措施,保证道路品质工程和实现项目功能目标提供技术保障,本文主要针对西北区域季节性冻土区域的公路路基冻害,通过研究在项目施工管理过程中对季节性冻土分布问题所进行的处治方法,提供具体的工程技术措施,对道路工程建设关键技术问题加以总结剖析,为西北区域其他高寒、高海拔区域道路工程建设经验提供借鉴。

那曲-羊八井季节性冻土区高速公路路基温度场变化规律研究

季节性冻土在温度的正负变化下会给公路路基的稳定性带来安全隐患。西藏那曲地区季节性冻土分布广泛,那曲-羊八井段高速公路贯穿季节性冻土区,为明确该路段的温度场分布变化特征,通过对那曲-羊八井段典型路基断面展开温度、含水率现场监测,依据2020年的地温资料进行回归分析,并结合室内试验对监测断面地温振幅、滞后时间和土体热扩散系数等进行分析。结果表明:监测断面地温整体在外界气温的波动下大致呈正弦曲线状变化,地温振幅随深度的增加而减小,并且伴随着滞后时间的顺延,路基在0~4.7 m深度处的每米滞后时间约为24 d/m,路基在0~5.4 m深度处的每米滞后时间约为30.8 d/m;监测断面不同位置土体热扩散系数的不同导致地温对气温的响应程度不同,路基土体的热扩散系数为0.0414~0.0628 m^(2)/d,对气温的响应最明显,地基土体的热扩散系数为0.0223~0.0379 m^(2)/d,对气温的响应较弱;路基的修建增加了对热量的吸收,在路基中形成一个高温区,通过两侧边坡和坡脚向外散热;路基内部土体含水率较低,且不存在明显的水分迁移;对称式的路基结构不存在明显的阴阳坡效应。据此可以判定该路基监测断面整体不存在因冻胀产生不均匀变形引发路基失稳的安全隐患。

季节性冻土地区隧间路段沥青路面温度场研究

为研究川藏季节性冻土地区冬季隧间路段沥青路面温度场变化规律,基于康定地区的现场温度观测数据,利用有限元仿真软件对隧间钢桥段和路基段进行了温度场分析。分析结果表明,隧间钢桥段和路基段路面结构温度分布特征有所差异;增大风速与考虑太阳辐射均使路面温度场变化幅度变大,风速从0.0 m/s升高到2.0 m/s,钢桥段和路基段路表最低温度分别下降了2.40℃和2.29℃,但温度变化速率随风速的增大而逐渐减小;受日照时间越长,温度振幅越大,但路基段温度受太阳辐射的影响程度明显大于钢桥段;不考虑风速和太阳辐射条件下,在h=0 cm处钢桥段比路基段最低温度小0.44℃,因此在冬季更易发生结冰现象。相关研究结论为类似工程提供了参考。

山西季节性冻土的时空变化特征及对气候变暖的响应

山西省季节性冻土变化的研究,对于揭示气候变暖背景下,黄土高原季节性冻土融冻对气候变化的响应以及由冻土变化引起土地退化直接影响农业生产、农田水利基本建设及道路施工等具有重要应用价值。利用山西省1981-2018年108个国家气象观测站冻土资料,研究了山西省冻土分布的时空演变规律,主要分析了山西省地面冻结日期、解冻日期、冻结日数、年最大冻土深度的时空分布特征,分析了山西省年最大冻土深度的年际及年代际变化特征,同时也分析了以上各要素对气候变暖的响应。结果发现:山西北部冻结最早从9月开始,冬末春初冻结的面积和深度达到最大,最晚5月冻土消退;1981-2018年,地面冻结日期全省大部地区呈现不同程度推迟的态势;地面解冻日期呈不同程度提前的趋势,地面冻结日数相应减少;年最大冻土深度由北到南逐渐减小,中部和南部年最大冻土深度呈减小趋势,北部部分地区呈现增大趋势,增大可能与山西北部冬季气候向暖湿型转变有关。气温变暖的背景下,冬季降水、0 cm地温与年最大冻土深度有着较为复杂的响应关系,年最大冻土深度在冬季降水偏多的背景下与0 cm地温有较显著的负相关,最大冻土深度的减小趋势是对年平均气温升高的直接响应,最大冻土深度对年平均气温的响应比对年降水量的响应要显著。

季节性冻土地区盾构隧道下穿工程对既有铁路沉降的影响分析及控制措施研究

在沈阳某新建盾构隧道下穿既有铁路工程中,既有铁路路基在季节性冻土反复冻融条件下,土体力学参数存在变化。根据不同季节施工时路基冻土的状态选用相应的物理参数,通过有限元模拟计算分析在考虑路基冻土处于冻结及融化两种状态下盾构隧道下穿既有铁路时铁路路基的沉降变化,针对性地提出盾构下穿施工期间既有铁路沉降的控制措施。

季节性冻土区能量桩位移变化规律

能量桩是一种既可以与土体进行能量交换,又可以承担上部荷载的桩基形式。上部土层冻结,下部土层未冻结,由温度变化引起的桩体自身变形及土体的冻胀融沉引发的桩体位移是能量桩在季节性冻土地区推广中亟待解决的主要问题。针对季节性冻土地区土体温度分布特点,将土体分为冻结层和非冻结层分别开展模型试验,测得冻结层和非冻结层中能量桩多次温度循环后的桩—土温度分布、桩周土体孔隙水压力及桩体位移的变化规律。结果表明:在非冻结土层中,多次循环取热后桩顶会产生不可逆的沉降位移,5次取热循环后,桩顶沉降达到0.95%D(D为桩体直径),且桩体沉降未达到稳定;在冻结层,放热过程中能量桩会发生桩体融沉现象,恢复过程中会发生桩体冻胀现象,融沉导致的沉降位移随着循环次数的增加逐渐减小,在第3轮放热循环后消失。第1、2、3轮的融沉位移分别为5.9%D、0.93%D、0.11%D。每轮循环过程中,冻胀引起的上升位移虽逐轮减小,但在5轮循环之后依旧存在,且冻胀引发的总位移呈阶梯状上升,桩体最终产生上升位移,达到3.8%D。

季节性冻土在冻融循环作用下直剪试验研究

为研究季节性冻土抗剪强度,对不同冻融循环次数、垂直压力及初始含水率条件下的土体进行了系列直剪试验,研究经历冻融循环后峰值剪切强度及强度参数的变化规律。试验结果表明:随着冻融循环次数的增加,土体黏聚力会逐渐下降,土体内摩擦角在冻融循环作用下总体呈小幅度上升趋势,试验粉质黏土的内摩擦角在20°~30°波动,并且随着含水率的增加(18%~26%),抗剪强度、黏聚力和摩擦角均呈下降趋势。

季节性冻土地区重交通沥青路面设计研究

为提升公路沥青路面设计水平,避免季节性冻土地区的沥青路面在重交通荷载作用下产生温缩开裂病害,影响行车安全性和舒适度。本文分析了季节性冻土地区重交通沥青路面的轴载计算方法、路面结构设计原则、沥青路面层数和层厚确定方法,并推荐了路面结构组合。同时,以某季节性冻土地区的公路为研究对象,分析了车辆轴载对路面弯沉、剪切力及基底拉应力的影响,以评价路面结构设计效果。

高寒和季节性冻土地区公路桥梁桩基防冻胀施工技术

结合某季节性冻土区公路桥梁的实际情况,在介绍桩基冻胀原理与防冻胀设计基本原则的基础上,提出相应的施工方法,并对桩基检验和回冻进行分析,以期为相关人员提供参考,解决高寒与季节性冻土区的公路桥梁施工难题。

超高海拔严寒地区季节性冻土基础施工技术

那曲浙江小区一期工程为浙江省政府援建西藏那曲地区的最大保障房项目,位于平均海拔4570 m的西藏那曲镇,属于超高海拔严寒季节性冻土地区,气候环境恶劣。结合季节性冻土的特性和当地的气候特点,通过机械设备的比选,施工工艺流程方案的优化,以及基础防冻置换回填应用技术,解决了超高海拔地区季节性基础施工技术难题,顺利完成了保障房交付任务。

高海拔季节性冻土盲沟施工工艺分析

文章以甘肃S232线达板至合作公路新营关口至合作段一期工程为例,介绍了该工程的施工环境条件,分析了该工程在高海拔季节性冻土环境下的施工难点,由此提出采用高海拔季节性冻土盲沟施工工艺,从施工方案、施工原理、施工流程、材料选用及操作要点五个方面分析该施工工艺,并对其相关防冻措施进行介绍,最后阐述了该施工工艺的优势,可为其他高海拔季节性冻土盲沟施工提供参考,也可为其他普通盲沟提供一定参考。

隧道保温层设计在河北季节性冻土地区的应用研究

寒区隧道防冻保温设计是影响隧道运营安全的关键。设置保温层是寒区隧道防冻保温的重要措施,保温层设计要点包括保温材料的选择、保温层设置方式、保温层长度等。结合河北地区隧道保温层设计应用情况,对保温层设计方法进行详细介绍,分析隧道冻害主要原因,明确了保温层设置位置、材料选择和设计理念,可为寒区隧道保温层设计提供参考。

季节性冻土地区路基与横向结构物过渡段设计浅析

季节性冻土地区铁路路基与横向结构物过渡段是路基冻害的多发区,也是路基冻胀变形控制的重难点。根据国家综合立体交通网规划,普速铁路修建和既有铁路的提质、扩能改造是我国未来十年铁路建设的重点方向。鉴于加深普速铁路路基过渡段冻胀研究的必要性和经济性,本文总结近年来季节冻土区铁路路基冻胀的研究成果及进展,以改建铁路沈吉线苍石至北三家段路基工程为背景,结合东北地区季节性冻土路基冻害及防治的调研情况,对路基与横向结构物过渡段防冻胀填料及结构形式进行研究。实践表明:该过渡段防冻胀填料和结构形式合理有效,为季节性冻土地区铁路路基过渡段的设计提供参考。

季节性冻土地区路基保温技术研究

结合东北某客专路基断面三年的现场监测数据,建立了路基温度场数值模型,通过对比现场数据验证模型的合理性;对比分析无保温措施的普通路基、保温护道路基和XPS保温板路基三种工况下路基温度场的分布规律;分析XPS保温板时效性,提出了一种新的保温方法——护道与保温板相结合多层复合保温体系,该体系能够有效地提高路基的抗冻性、耐久性和稳定性,使路面平整度更高、更安全可靠且便于施工和维护。