青藏铁路冻土区遮挡式路基结构安全可靠性预测分析

冻土区路基的安全可靠性取决于路基地温场特征和路基面抗自然侵蚀特征。在路基基床上部修筑遮阳棚和在边坡上修筑遮阳板既可阻挡太阳对路基面和路基边坡的直接辐射,改变路基地温场形态,降低土层温度,又可防止降水渗入路基或降雪覆盖路面。这对防止冻土退化,提高冻土区铁路路基安全可靠性是一种非常有效而又简单易行的工程措施。本文以青藏铁路冻土区遮挡式路基结构路基表面温度数据和该地段气象资料为基础,运用带有相变的一维热传导方程模拟分析了青藏铁路长期运营过程中遮挡式路基结构对冻土区路基人为上限的抬升效果及对路基稳定性的影响,认为遮挡式路基结构是一种安全可靠的冻土区路基工程结构形式,同时也是未来铁路运营过程整治路基病害的一种有效工程措施。     

青藏铁路多年冻土区沼泽化斜坡路基稳定性分析

青藏铁路多年冻土斜坡段路基稳定性对铁路长期运营具有潜在的威胁,分析评价当前和未来斜坡路基稳定性可指导路基工程的正确设计和施工,从而保证铁路的安全运营。多年冻土地温变化使斜坡路基稳定性分析不同于普通土路基,其冻融交界面位置是制约斜坡路基稳定性的关键所在。通过对安多试验段3a来的地温监测,分析路基地温变化规律,并预测了未来50a内试验段地温的变化趋势,建立了当前和未来条件下的斜坡路基稳定性模型,计算分析了斜坡路基的稳定性。通过上述研究,取得以下认识和结论:(1)铁路路堤的填筑,引起多年冻土温度场重分布;由于坡向不对称和几何不对称,使得地温场存在不对称;(2)依据冻融界面位置和活动层的地温特征将冻土路基划分为4个不同时期,即冬季严寒期(1~2月)、春夏融化活动期(3~8月)、最大融深期(9~10月)及回冻活动期(11~12月);通过计算对比分析,每年最大融深期的稳定性系数最小;(3)数值分析的预测结果表明,20a以后,安多段试验段路基的多年冻土完全退化,在所预测的第10年最大融深期稳定性系数最小。     

青藏铁路多年冻土区工程复杂性分析

青藏铁路穿越550km多年冻土区,多年冻土地温、冻土类型以及沿线生态环境等存在较大的差异,使多年冻土区工程较为复杂。因此本文提出了冻土工程复杂性概念,建立冻土工程复杂性评价模型,并利用GIS平台对青藏铁路沿线唐古拉山越岭地段工程复杂性进行了分析和研究。研究结果表明,青藏铁路穿越的唐古拉山越岭地段工程复杂性相对较小,而青藏公路的工程复杂性相对较大。这表明了青藏公路沿线冻土工程比青藏铁路沿线更为复杂,在各种因素的影响下,青藏公路路基稳定性变化比青藏铁路更加复杂。     

基于可靠度的多年冻土区路基稳定性评价及应用分析

通过对多年冻土区道路路基稳定性的分析和研究,从冻土类型、温度、厚度、地质地貌单元以及工程条件5个方面选取了12项对多年冻土区路基稳定影响较大的因素作为评价指标,建立了冻土路基稳定性评价指标体系。基于安全可靠度并考虑各个影响因素之间的关系,运用层次分析法和模糊数学理论确定冻土区路基稳定状况的模糊综合评价模型,提出了基于安全可靠度的用于评价多年冻土区路基稳定的模糊综合评价方法,并结合青藏公路清水河段进行实例分析,结果表明,在该段公路实施热棒处理措施前后,其路基稳定性评价系统可靠度分别为0.48和0.55,与该段公路实际运营过程中路基稳定状态相一致,即由不稳定到稳定,进一步对布设热棒后路基稳定性进行二级模糊综合评价,其评价系统得分为63.74分。     

路基不均匀沉降的解析解

如何准确地计算路基的不均匀沉降是铁道工程中急待解决的重要问题.本文用应力扩散法和等效截面法的思想建立了在路堤荷载作用下分析路基不均匀沉降的平面应变模型,它由两段不同土质的路基组成,土的力学参数沿深度按指数规律变化.建立了广问题的基本方程和边界条件.对问题的解进行了拆分,一部分是猜测的解,另一部分用Fourier变换方法...     

青藏铁路不同路基工程结构对路基裂缝的影响研究

针对青藏铁路某试验段加筋路堤和站场路基等不同路基工程 ,本文介绍了冻土路基的温度和变形的试验结果 ,分析了加筋路堤和站场路基不同路基工程的地温变化和变形特征 ,并论述了加筋路堤和加宽路基等不同工程结构对路基裂缝的影响     

青藏公路多年冻土区冻土工程研究新进展

系统回顾了青藏高原多年冻土区公路工程冻土研究的过程和研究的内容 ,重点阐述了 90年代开展的冻土研究的研究成果 ,从冻土工程地质、路基下冻土温度场、冻土环境的影响、冻土工程分类、地理信息系统 5个侧面 ,来反映近年来在青藏公路研究中所取得的研究成果 ,这些成果为青藏铁路建设中重大冻土工程技术问题和工程设计提供了解决问题的科学依据     

青藏铁路普通路基下冻土过程动态评价

本文主要利用青藏铁路北麓河厚层地下冰试验段中普通路基下部冻土温度的监测资料,对路基下部冻土温度变化和热收支特征进行了分析,并对修筑普通路基后多年冻土热融蚀敏感性和热稳定性进行了计算。结果表明,修筑普通铁路路基后,虽然多年冻土人为上限有较大幅度抬升,但原天然上限以下多年冻土温度却逐年升高,表现为显著的吸热状态。同时冻土热融蚀敏感性增强,冻土热稳定性下降,对路基热稳定性将产生较大的影响。     

青藏铁路冻土区路基工程安全可靠性监测技术研究

通过对冻土区路基工程和冻土之间相互作用过程的分析,提出冻土区路基工程的安全可靠性监测关键技术一是监测方法,二是监测手段,三是数据分析。冻土区路基工程的安全可靠性首先取决于工程周围和工程基底多年冻土的热稳定性,其次取决于发生变形的路基填土厚度及其基底融化层厚度。因此,路基顶面以下不同深度地温监测和年际冻融季节时段路基土层变形监测是冻土区工程长期可靠性监测的主要指标。青藏铁路自然条件的严酷性,要求监测手段具有可靠性和耐久性以及对复杂自然条件变化的适应性。文章提出一种自动观测多年冻土地温和路基变形,并能够实现数据无线传输的现场监测系统设计方案,通过现场试验,证明这种监测系统能够适应青藏高原恶劣的自然条件,减轻了人工监测的劳苦,具有可靠性和耐久性。作者还提出了能够简便判断冻土区工程安全可靠性的监测数据分析方法,对目前冻土区工程安全可靠性分析具有一定的理论指导作用。     

非饱和正冻土的三场耦合理论框架

在``饱和正冻土的理论构架'的基础上,假定了冻土体内的空气的流动是一 种Darcy流,进一步考虑了非饱和土中气相的影响,提议了一种综合考虑两种极端 情况：(1) 气体与外界完全相通. (2) 气体与外界完全不相通的相关水、热、力相 耦合的多孔多相介质理论构架------半连通、半封闭非饱和正冻土理论构架. 重点讨论了较简单的气体半连通半封闭的非饱和孔隙冻土体的三场耦合模型. 为 检验三场耦合分析模型及所开发的针对冻土工程三场耦合模型的软件系统3G2001 的合理性与正确性, 与214国道花石峡 试验路基实测的地温变化和路基路面变形 进行了对比验证, 对比结果显示: 路基中分析所得的温度场与实测值变化规律一 致, 量化相差大都在10\%$\sim$20\%以内; 分析所得耦合变形随时间的变化也与 实测值完全一致, 路中的分析变形与实测相差也在10%-20%以内     

寒区非圆形隧道冻胀力的解析解

利用复变函数相应理论引入一种求解考虑衬砌结构的季节性冻土地区非圆形隧道冻胀力和冻胀变形的方法. 方法克服了隧道断面形状为非圆形状并且同时考虑非圆形隧道支护、冻胀圈、未冻围岩时, 经典的复变函数理论不能直接应用求解非圆形隧道应力和位移的问题. 方法通过将经典复变函数理论与连续性条件结合, 导出了非圆形隧道衬砌-冻胀圈-未冻围岩系统在正交曲线坐标系$\zeta $平面内的解析式, 然后通过保角变换求得直角坐标系$Z$平面上考虑衬砌支护的寒区非圆形隧道冻胀力和冻胀变形. 将推导的解析式应用于鹧鸪山隧道洞口段研究中, 得到鹧鸪山隧道洞口段冻胀应力和冻胀位移解析解, 并将解析解与数值解进行对比,验证解析解的正确性. 由结果可知: 围岩冻胀力对衬砌影响明显, 在拱顶、拱脚、拱底处因冻胀造成的环向附加应力显著增大; 在拱脚及两侧拱肩处会受到较大的法向附加应力; 由于衬砌几何形状的原因, 造成了衬砌冻胀变形的不均匀, 进而造成冻胀力分布不均.应用复变函数理论将冻胀圈考虑为马蹄形、直墙拱形等非圆形状较以往将冻胀圈考虑为单一圆环的冻胀力研究更符合实际, 较以往研究更能反映实际工况. 研究结果为季节性冻土地区非圆形隧道冻胀力的弹塑性分析奠定了基础.      

基于热力耦合的砼衬砌渠道冻胀开裂数值模拟

在我国北方地区，衬砌渠道的冻胀破坏现象严重阻碍着渠道的正常运行，冻胀问题亟待解决。根据砼梯形衬砌渠道的受力特点，在对渠道冻胀现象进行了适当简化和合理假设的基础上，通过使用扩展有限元方法XFEM，直接建立了温度荷载和裂纹发展之间的关系，对渠道的砼衬砌结构在温度应力作用下裂纹产生的位置进行了预测，模拟了裂纹在冻胀作用下的扩展形式和破坏状态。模拟结果直观分析了梯形渠道在冻胀作用下从阴坡到底板再到阳坡依次破坏的过程，解释了不均匀冻胀会影响各部分冻胀破坏程度的原因，验证分析了渠道衬砌板的裂纹为I+Ⅱ型复合裂纹和因此产生的受力状态，从而为渠道抗冻胀设计提供了分析办法。     

季冻区公路路基砂类土冻胀分类研究

针对季冻区公路路基用土未按照土的分类标准进行冻胀分类的现状,本文对不同含泥量的砂类土在不同含水量、饱和度和密实度状态下进行了一系列闭式冻胀模拟试验。用数理统计方法分别研究了不同含泥量砂类土的冻胀率随含水量的变化规律,并且依据现行公路土的分类标准进行了冻胀分类,为公路勘察、设计、施工和维护提供重要的参考,并为季冻区公路设计规范的编制提供可靠的资料。     

基于断裂力学的高寒地区边坡危岩体稳定性分析

高寒地区露天矿山中的危岩体受冻融作用影响时常发生滑塌，为保障露天矿山企业持续生产，对矿山靠帮边坡中存在的危岩体进行基于断裂力学的稳定性分析。以高寒地区某露天矿山为工程背景，分析冻融循环对工程影响，首先建立不同时间点温度场，结合温度场提出一种方法来判定冻融深度是否能影响主控结构面产生冻胀力。引入最大周向应力准则对坡体中出现的拉裂缝进行分析，进而推导出安全系数表示方法。以反倾岩质边坡为研究主体，将边坡危岩体拆分为n个潜在不稳定的近似矩形岩体，并基于此建立考虑冻胀力、裂隙水压力与重力共同作用的断裂力学边坡稳定性计算方法。针对相应算例，通过该方法计算得到分割后各岩体的安全系数，并发现冻胀力对岩体稳定性有一定程度影响，结合工程实际验证了提出方法的可行性。最后结合相关危岩稳定性评价标准，针对不同岩体稳定性情况提供相应治理措施。     

中国21世纪若干重大工程地质与环境问题

21世纪中国的大规模的国家建设不可避免地导致大量的工程地质与环境问题。 2 1世纪中国西部高山峡谷地区主要工程地质问题有: 构造活动带岩土体动力稳定性, 高地应力下岩体应变储能与岩体性质, 高陡边坡的变形及尺寸效应和动力稳定性, 深埋长大隧洞的地温与地压, 深埋隧洞岩体结构探测与施工地质超前预报, 大跨度复杂洞群变形与稳定性的群洞效应, 冻土的冻融变形、稳定性及其处理技术, 可溶岩岩溶规律与岩体利用问题, 河床深厚覆盖层的处理与利用等问题; 中国东部及沿海地区工程地质问题包括: 高速交通网建设中软土地基变形与稳定性及处理技术, 深井采矿中软岩巷道大变形与处理技术, 深厚松散堆积层上大型桥梁桥基变形与稳定性, 海底隧道围岩工程地质与水文地质问题, 城市多层地下空间开发中的工程地质问题等; 此外, 水土流失与北方大规模荒漠化问题, 黄河下游地上悬河与长江下游塌岸和堤防稳定性问题, 黄河断流引起的下游地区环境问题, 我国北方干旱地区水资源长期匮乏问题, 城市化中的环境破坏与污染控制等问题, 将是中国 2 1世纪突出的环境问题。中国工程地质工作者应当在结构土力学与岩体结构力学、工程地质学的基本理论与工程地质动力学、人 地相互作用机制与环境工程地质学、地质工程理论与方法。     

MODEL TEST AND NUMERICAL SIMULATION OF BEARING CAPACITY OF ARTIFICIAL FROZEN CLAY1)

在天然冻土地区进行工程建设需研究冻土地基承载力。在人工冻结黏土蠕变试验的基础上建立广义开尔文模型,通过改造人工冻土大型冻结试验平台,进行人工冻结黏土地基承载力试验,发现载荷-沉降曲线可以分为3个阶段,基础呈局部剪切破坏。在ANSYS中将考虑相变的温度场转化为温度载荷施加在三维实体模型上,并将广义开尔文模型应用于软件中,采用增量加载方式分级加载。对比数值模拟与模型试验结果,发现地基载荷-沉降曲线规律一致,极限承载力大小基本相等,基础破坏模式相同。结果表明ANSYS软件可以分析复杂边界、初始条件下冻土材料的性质, 且能得到不同载荷下冻土材料的应力、位移、塑性区发展状况。     

土冻结作用研究近况

本文回顾了30多年来我国冻土力学领域研究的发展过程,着重介绍了我们在土冻胀与冻胀力基本规律以及应用研究方面的进展近况。      

力学与南水北调中线工程

本文介绍南水北调工程重大技术问题中的主要力学问题，在解决重大技术问题的同时，也促进了力学的发展．