Analysis of railway subgrade frost heave deformation based on GPS

In order to analyze the connection between the railway subgrade frost heave deformation and temperature variation, five GPS stations＇ data were used to monitor the deformation on a certain section of railway subgrade in northeast China. GAMIT software is used to process the data, providing daily solution, daytime solution and nighttime solution. Vertical trends of these five stations were analyzed to investigate frost heave effect on railway subgrade deformation. The results show that the temperature difference between daytime and night induces stations, significant vertical displacement, and the temperature difference between seasons causes settlement of station which appears linear trend.

换填法抑制季节冻土区铁路路基冻胀效果分析

以沈哈线路基A、B组填料为研究对象,采用室内冻胀试验,研究粉黏粒含量对其冻胀特性的影响。试验表明:路基填料的冻胀系数随粉黏粒含量增加而增加,且增幅逐渐增大;结合沈哈线路基基床厚度及沿线最大冻深,为保证路基不产生冻胀破坏,应确保换填用路基A、B组填料中不含有粉黏粒。采用非稳态相变温度场的数学模型和热弹塑性冻胀模型,进行沈哈线换填试验段冻土路基冻融过程温度场及冻胀应力、变形场计算分析。结果表明:天然地面下2m左右为冻融活动层,是诱发路基土体冻胀的主要因素;用非冻胀性A、B组填料换填基床厚度范围内的冻胀性土层后,路堤填筑土体无冻胀变形产生,路基中的拉应力(拉应变)区域外移到距离路堤坡脚4m以外的天然地表下土体,大大减弱了对路堤的破坏作用,计算结果与实际情况相符。

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.

季节冻土区保温法抑制铁路路基冻胀效果研究

模拟气候因素变化过程,得到不同时期冻土路基温度场分布,温度场随时间的变化可以反映出冻结相变区的变化;进一步分析表明,铺设保温板后,对路堤中心下冻结深度线的提升具有显著的作用,但对坡脚附近土体冻结深度线影响甚微,应当做好路基边坡防护工作。考虑土体体积力和土体冻结相变产生的膨胀力,采用热弹塑性冻胀计算模型,得到冻土路基冻胀时的变形和应力分布。在此基础之上,对冻土路基发生最大冻胀时的变形场和应力场进行分析,结果表明:利用保温法增大热阻,推迟或预防地基土的冻结,可明显减小路基冻胀隆起变形,使路基中拉应力(拉应变)减小;铺设保温板后路基坡脚附近天然地表下季节冻结层土体仍发生较大冻胀变形,其冻结时巨大的冻结膨胀力对路堤边坡仍有一定的破坏作用。建议与换填法相结合,改善坡脚附近冻胀敏感性土的土质,减弱其冻胀性,从而减小冻胀力对路堤的破坏作用。

严寒地区高速铁路路基冻胀变形监测分析

穿越我国东北地区的哈尔滨至大连高速铁路(哈大高铁)是世界上首条投入运营的新建严寒地区高速铁路,路基冻胀防治采用了换填材料、防水等综合措施.为评价冻胀防治效果及路基工程运营状况,通过对哈大高铁开通后首个冻融期(2012-2013年度)路基全线9 641个凸台观测点水准人工监测数据综合分析,研究路基冻胀变形发生、发展和变化规律.结果表明:哈大高铁路基冻胀变形包括冻胀快速发展期、冻胀稳定发展期和融化回落期3个阶段,路基普遍发生冻胀但变形处于可控状态;路基的冻胀变形以基床表层冻胀为主,且其程度与路基结构有关;整体上全线过渡段冻胀轻微,路堤次之,路堑和底座板接缝处较为严重.建议后续冻胀整治应以减少路基表水下渗、控制基床表层冻胀变形为重点;类似工程设计中,应增加以桥代路段落,将路基表层改性为不冻胀整体结构.

南疆盐渍土路基盐-冻胀变形综合防治技术研究

盐渍土盐-冻胀变形对新疆南疆地区的道路路基造成了不同程度的破坏,尤其对南疆新建城市阿拉尔市和图木舒克市的城市道路造成了严重的变形破坏。根据南疆盐渍土工程性质及盐-冻胀变形试验研究结果,作者总结提出了"一个加强、两个严格、三个注重"的盐渍土路基盐-冻胀变形综合防治原则和"五步骤"综合防治技术与工程措施,在南疆阿拉尔市胜利大道的改建工程中得到了应用,初期防治效果较明显,其最终防治效果需通过今后三年在道路的使用期间对路面变形的监控量测结果来进行评价。

路基冻胀对CRTSⅢ型板式轨道变形的影响研究

研究目的:严寒地区高速铁路路基冻胀变形时常出现,局部冻胀变形不仅影响无砟轨道的平顺性,还可能导致层间离缝发生。为此,本文建立CRTSⅢ型板式无砟轨道-路基系统有限元模型,以分析不同路基冻胀波长和路基冻胀幅值下轨道结构的变形特征。研究结论:(1)路基冻胀作用下轨道结构各层的上拱变形与路基冻胀波形基本一致,轨道结构各层的变形受路基冻胀位置影响较大;(2)轨道结构各层的变形、轨道结构层间离缝以及轨道结构各层的上拱波长均随路基冻胀幅值的增大而增大,且底座板与路基表层的离缝远大于自密实混凝土与底座板间的离缝;(3)随着冻胀波长的增加,轨道结构各层的位移、轨道结构层间离缝随之减小,但轨道结构各层的上拱波长逐渐增大;(4)冻胀波长增大对轨道结构变形和减小层间离缝有利,路基冻胀幅值限值应根据冻胀波长来确定;(5)本研究成果可为路基冻胀变形控制提供参考。

高速铁路路基不均匀冻胀变形对轮轨系统的动力影响研究

基于车辆-轨道耦合动力学理论和有限元方法,开展高速铁路无砟轨道路基不均匀冻胀变形对高速轮轨系统的动力学影响研究,分析不同程度的路基不均匀冻胀变形对高速车辆-轨道耦合系统振动响应的影响规律。研究结果表明:路基的不均匀冻胀变形会加剧轮轨动态相互作用,对行车安全性和乘车舒适性产生不良影响,同时易引起较强的轨道结构振动,进而影响轨道结构的长期服役性能;随着路基不均匀冻胀变形波长的减小和冻胀变形幅值的增大,高速车辆-轨道耦合系统的垂向振动动力学指标均出现增大趋势,研究发现应重点关注波长20 m以内的路基不均匀冻胀变形及其幅值的增大;对于路基不均匀冻胀变形较严重地段,可通过适当降低车辆的运行速度,以有效降低轮轨系统的动态相互作用,从而减小路基不均匀冻胀变形对高速行车安全性的影响,但是,限速措施对于改善高速乘车舒适性的效果并不明显。

利用DINSAR技术监测季冻区公路路基冻胀融沉变形

采用差分雷达干涉测量技术,利用2017年2月19日—5月29日间的5景高分辨率TSX/TanDEM雷达影像,开展长双公路段路基形变探测研究,并结合研究区预埋位移传感器数据,进行路基冻胀融沉形变规律分析.结果表明,基于DInSAR干涉测量获取的公路路基形变结果与冻胀计结果,在时序形变趋势上具有较好的一致性,DInSAR技术在季冻区公路冻胀融沉形变监测方面具有较好的应用效果.

阿拉尔市区道路盐-冻胀变形破坏机理与成因分析

阿拉尔市地处季节性冻土灾害区和严重盐胀灾害区。城市道路在建成后就遭受了严重的盐-冻胀变形破坏。本文通过对严重变形破坏路段的路基进行变形分析试验,结果表明:阿拉尔市区道路的变形类型属于盐胀-冻胀变形。其道路破坏经历了两个过程:初期是路基结构层中含量超标的硫酸盐使水泥土稳定基层发生化学膨胀破坏,其它结构层产生轻微的盐胀变形,使路面出现较小的裂缝变形;第二个过程是在盐胀变形持续的情况下,因外部水分入渗路基,冬季低温造成的冻胀变形,是路面破坏的主要因素。市区道路严重的变形破坏是多次季节性盐-冻胀变形产生的残余变形量累积的结果。要解决阿拉尔市区道路盐-冻胀变形破坏问题,需要在控制路基盐分、含盐量的基础上,必须要考虑地表水及地下水对路基盐-冻胀的影响。

不同细粒含量下高铁路基粗颗粒填料水气迁移特征与冻胀特性

采用自行研发的水气迁移试验装置开展单向冻结试验,研究在气态水迁移和水气混合迁移2种水分迁移模式下,不同细粒含量粗颗粒填料的温度场与冻结深度、外界补水量、水分重分布、液态水迁移高度及冻胀变形的变化规律,分析细粒含量对高铁路基粗颗粒填料水气迁移特征及冻胀特性的影响。结果表明:细粒含量和水分迁移模式对粗颗粒填料冻结过程和深度的影响不显著;温度梯度是外界水分向粗颗粒填料试样内部补给的主要内在驱动;增加细粒含量,有利于液态水迁移,一定程度上阻碍气态水迁移;水气混合迁移模式下,细粒含量越高,外界补水量越大,而气态水迁移模式下,细粒含量越高,外界补水量越小;相同水分迁移模式下,细粒含量越高,粗颗粒填料试样冻胀变形越大。

多年冻土地区路基冻胀变形分析

首先模拟气候因素变化过程,得到不同时期冻土路基温度场分布,温度场随时间的变化可以反映出冻结相变区的变化,然后考虑土体体积力和土体冻结相变产生的冻胀力,采用考虑拉破坏的热弹性力学方法,分析得到多年冻土地区路基变形分布和演变规律;在此基础上,对冻土路基纵向裂缝的成因进行研究,揭示出冻土路基纵向裂缝主要出现于路面中部及路面靠近路肩部位,这与实际情况是相符合的。进一步的分析表明:采用低冻胀性的土填筑路基,如采用碎石土填筑,对于降低冻土路基冻胀变形及防治纵向裂缝病害是有效的。

季节性冻土路基变形监测及其稳定性分析

季节性冻土地基具有冬季冻胀、春季融沉的特性,在其上修筑的路基通常产生沉降和滑移变形,最终导致路基失稳。基于上述原因,通过介绍季节性冻土路基冻胀和融沉产生的机理,以及季节性冻土路基变形监测的原则和内容,并结合墨脱公路的监测结果对季节性冻土路基的稳定性进行分析评价。该研究对季节性冻土路基的设计、施工及稳定加固具有重要的指导意义。

路基初始含水率对多年冻土路基水热特征及冻胀变形的影响研究

多年冻土路基水热特征与冻胀变形变化规律的研究对于寒区道路冻害成因分析、道路工程设计及冻害治理等方面具有重要意义。本文以青藏公路某典型冻害地段为研究对象,应用含相变冻土路基的水热耦合与冻胀变形理论模型,对周期边界条件下路基初始含水率对多年冻土路基水热特征及冻胀变形的影响规律进行了计算分析。结果表明:在季节性气候变化的条件下,随着路基初始含水量的增加,路基和坡脚位置的多年冻土上界面逐渐上升,路基边界处的冰含量逐渐增加。当路基初始含水率由12%增加到36%时,4月份的路基中心和路肩处冻胀变形量依次增加了17.4mm和20.6mm。此外,路基内初始含水率的变化对路基各边界表面位置冻胀变形的影响程度由大到小依次为路基路肩、路基中心、路基坡脚和天然地表。

哈大客专路基冻胀变形特征及防治措施

以哈大客运专线的无砟轨道路基工程为依托,通过路基冻胀变形观测数据统计、现场勘察、试验等,从冻胀机理和控制因素角度对冻胀变形特征进行分析。总结了季节性冻土区无砟轨道路基设计和施工的经验。实践表明:路基基床表层的级配碎石层应添加水泥进行改良,深大路堑段应设置渗水盲沟,并适当加深冻结深度。

路基冻胀对CRTSⅢ型板式无砟轨道受力和变形的影响研究

为研究严寒地区高速铁路路基冻胀对CRTSⅢ型板式无砟轨道的影响,建立CRTSⅢ型板式无砟轨道-路基空间耦合有限元模型,分析路基冻胀位置、冻胀波长和幅值对CRTSⅢ型板式无砟轨道受力和变形的影响。结果表明:路基冻胀作用位置对轨道结构的受力和变形影响较大,路基冻胀发生在底座板板中时层间离缝和轨道受力最大;轨道结构各层的位移、层间离缝和受力均随路基冻胀幅值的增大而增大,随路基冻胀波长的增大而减小;路基冻胀幅值限值随路基冻胀波长的增大而增大;综合考虑底座板与路基基床表层的层间离缝和底座板混凝土允许拉应力限值,当路基冻胀波长为20 m时,建议冻胀幅值应小于10 mm。

兰新高铁甘青段路基冻胀自动监测及分析研究

为查明兰新高铁甘青段路基冻胀变形原因和影响因素,提出相应的冻胀处理措施,将路基冻胀变形控制在允许范围之内,采用自动监测系统,对路肩以下5 m范围内路基的冻结深度、水分、冻胀变形等进行监测,并对监测结果进行统计分析和深入研究。研究结果表明:路基冻结深度的发展主要受气温的影响,基床表层以下填料含水量随着冻结深度增加缓慢增加;基床表层及基床底层上部1.0 m范围冻胀量占总冻胀量的80%以上;低路堤地段冻胀最严重。为减少路基冻胀量,设计及施工时应采用全冻结深度防冻胀方案,以填料防冻胀为主,辅以防水、疏水和隔热等综合措施;低路堤地段防冻胀措施应适当加强。

寒区路基涵洞在冻胀变形作用下的受力特性研究

应用ANSYS有限元计算软件对寒区路基涵洞进行了模拟计算,采用不同的工况模拟寒区路基涵洞的冻胀影响,对涵洞-冻土整体数值分析模型进行了非线性有限元分析。对路基涵洞在不同冻胀率、有无垫层、不同垫层厚度下的位移及拉应力关系进行分析。揭示可能导致路基涵洞结构发生破坏的主要因素如冻胀率及冻胀深度等的设计限制值,给出了路基涵洞结构在不同冻胀变形下垫层厚度的安全限制值。

哈大客专路基冻胀变形的观测与分析

通过哈大客专路基冻胀变形的观测,从全线路基冻胀量的大小和分布、不同结构类型路基冻胀量的差异和发生概率,以及冻胀量沿深度的变化和组成等方面,进行了阐述;通过冻胀原因和控制性因素分析,指出哈大客专路基冻胀变形部位主要集中在基床范围,得出现有路基结构形式下,冻结深度不是控制路基冻胀量的主因和控制基床冻胀变形,特别是基床表层冻胀变形是解决路基冻胀问题的关键等结论;并对寒区高速铁路路基结构形式进行了探讨,为寒区高速铁路路基冻胀病害的防治提供参考。

寒区铁路客运专线路基冻胀变形监测方法

哈齐铁路客运专线是我国目前纬度最高的高速铁路,大部分路段位于湿地之上,冬季长,气温低,路基冻胀将直接影响高速铁路运行安全。为确保哈齐客运专线安全运营,在建设期对路基进行同步冻胀变形监测。采用水准测量的方法,通过秋、冬、春三季对典型路段路基进行监测,分析冻胀变形可能对铁路运营带来的影响,采取有效措施加以克服,确保运营安全。