多次冻融循环人工盐渍土路基模型试验研究∗

青藏铁路西宁至格尔木段为典型的季节性冻土区铁路，冻害频发，严重影响铁路的正常使用和安全运营，为了整治路基体发生冻害，结合成熟的注浆技术和传统撒盐法，提出注盐法整治路基冻害。在室内模型箱中填筑实体模型，进行封闭系统中多次冻融循环条件下人工盐渍土路基模型试验，探究人工盐渍土路基中温度、水分、盐分以及变形规律，验证注盐法整治路基冻害的可行性。试验结果表明：路基土体内温度变化趋势符合环境温度变化趋势的余弦函数变化波动规律，土体内温度变化较环境温度变化推迟36 h左右；温度梯度是引起水分迁移的主要因素，越接近冷端，迁移量越大，在冻结锋面处达到最大；在封闭系统中，盐分随着水分向冷端运移，但是盐分运移量较低，随着周期的推进，盐分呈逐渐降低的趋势；随着温度的周期性变化路基顶面的变形呈现出有规律的冻胀和融沉现象，但是最大冻胀量为0.08 mm，可见路基盐化之后路基土体基本不产生冻胀变形。     

自适应时间步长法在土体冻结水热耦合模型中的应用

由于相变的存在,土体冻结过程中的温度传导与水分迁移是一个复杂的物理过程。为了更好地描述冻结过程中水分与温度的变化规律,通过对不饱和土体水分传导方程的研究,考虑冻结过程中的相变,建立了一维冻土水热耦合模型。给出了相应的差分与有限元程序,并对室内冻结实验进行了模拟。提出误差因子的概念,通过对程序计算中时间步长与计算用时、误差关系的分析,论证了进行时间步长优化的必要性。在两种不同数值方法的对比中,体现了有限元计算的稳定性。提出了调整后的自适应时间步长计算方法。计算结果表明,优化时间步的自适应步长法,在不影响模型计算准确度的前提下,可以大幅减少计算用时,提高计算效率。     

青藏工程走廊多年冻土场地地震安全性研究进展∗

宽度不到10 km的青藏工程走廊穿越长约550 km的多年冻土区,承载了青藏铁路、青藏公路等重要生命线工程,同时,该地区强震多发,工程设施未来遭遇地震作用的风险较大。围绕青藏工程走廊多年冻土区这一特殊研究区域,从地震危险性分析和多年冻土场地地震动特征研究两方面对青藏工程走廊多年冻土区场地地震安全性研究现状进行回顾,并介绍最新研究进展。基于青藏工程走廊地震危险性对比分析结果,分别给出50年和100年超越概率63%、10%、2%的青藏工程走廊基岩地震动区划图,并转换得到50年超越概率10%的青藏工程走廊一般场地PGA区划图,与第五代中国地震动参数区划图相比,PGA=0.2g的范围有所扩大。场地反应分析结果表明,多年冻土场地地震动特征与冻土层温度及厚度、季节融化层厚度、冻土夹层厚度及其埋深有关。完全冻结场地地震动特征主要受冻土层温度和厚度影响,季节融化场地地震动特征主要受季节融化层厚度和多年冻土层厚度影响,多年冻土夹层场地地震动特征主要受冻土夹层厚度及埋深影响。研究结果可为青藏工程走廊内多年冻土区地震灾害风险区划、重大冻土工程地震安全性评价、寒区新建工程抗震设防及已有工程设施抗震加固等提供参考。     

冻土蠕变特性研究现状及展望

对目前冻土蠕变试验研究和模型研究的研究成果进行了总结。从微观蠕变试验和宏观蠕变试验两方面对冻土蠕变的试验研究进行介绍。分经验模型、流变模型和一般的应力-应变-时间模型对冻土蠕变本构模型研究进行分析总结。从试验研究和本构模型研究两方面介绍冻土的动蠕变研究进展。同时,也介绍了冻土与桩基之间冻结强度的研究。目前,冻土蠕变研究大都集中在短期冻结强度,尤其缺乏桩土之间蠕变变形及长期强度的相关研究。随着未来冻土区铁路、公路建设以及民用建筑等级的提高,桩基础将越来越多的被应用。为优化冻土区桩基的设计,在当前有必要加强冻土区桩基蠕变特性的研究。     

基于BP神经网络的冻土路基变形预测与可靠度分析

目前,基于BP神经网络法进行冻土路基变形预测的可行性和有效性仍少有学者对其进行研究。运用MATLAB编制BP神经网络程序,并应用于青藏铁路预测路基变形的工程实例。在此基础上,又采用COMSOL有限元软件的多场耦合模块分析了同一路基的变形场、水热场。通过对比两种方法,验证了前者的科学性和有效性。进而提出了一种新的可靠度计算方法(INNRS法),这种方法将神经网络法和响应面法有机结合起来,只需一次迭代即可形成较准确的功能函数,使得计算可靠指标的效率大大提高。应用INNRS法,对路基变形的可靠度指标和失效概率进行了评价。     

青藏铁路沿线热喀斯特湖易发程度的区划评价

随着全球气候的持续转暖,青藏铁路沿线热喀斯特湖数量正在逐年增多、面积逐年增大。湖塘的形成虽然具有一定的随机性特点,但其发生的区域性和重复性特点是热喀斯特湖分布与出现的总体规律。在野外系统勘测调查的基础上,依据工程地质类比原则,结合专家打分、层次分析、信息量、统计量等模型方法,对区域内湖塘产生与发展起一定主导作用的历史因素(灾点密度、灾面密度)和基本地质环境因素(冻土类型、年均地温、植被覆盖度、土质类型、地形坡度)基于ArcGIS平台进行综合分析评价,得出楚玛尔河至风火山段青藏铁路沿线热喀斯特湖易发程度的空间分布。结果表明,占研究区总面积47.97%的高易发区占据了湖塘总数量的87.94%、总面积的91.15%,主要分布在楚玛尔河高平原、北麓河盆地和可可西里山间盆地;中易发、低易发、非易发三个区占据了研究区总面积的52.03%,却仅分布了占总数量12.06%、面积8.85%的热喀斯特湖,主要分布于可可西里山区、风火山山区及河谷地区,与2011年9月份野外考察的热喀斯特湖实际的空间分布状况保持了较好的一致性。     

冻土随机性研究现状及展望

基于国内外近些年对土体随机性问题所取得的研究成果,分别从影响冻土随机性的内外因素、冻土参数的概率分布规律和随机场计算模型等几个方面总结了随机性的研究现状及进展,取得了如下认识:(1)由于内外因素的影响,冻土物理力学参数、水分场参数等均存在很强的变异性;(2)分析总结了随机变量的概率函数推断方法,相比而言,正态信息扩散法能够有效地描述随机变量的波动性;(3)总结了随机性描述方法,发现随机场方法不仅能考虑随机变量的空间性,而且具有较好的应用前景;(4)总结分析了冻土随机场的计算方法,其中,随机有限元法能够充分考虑材料参数的随机性,具有较好的应用前景。基于以上对冻土中随机性研究现状的认识,笔者认为今后还需展开更深入的研究:对冻土中涉及的参数分布规律进行充分的研究;对冻土冰水相变过程中的随机过程进行深入分析;开展冻土水、热、力及水、热、力、盐等多耦合场、多尺度随机场的研究。     

中俄原油管道漠河至大庆线典型区域热融灾害评价研究

根据高温、高含冰量、高油温等冻土区埋地管道热融灾害易发性条件,选取自然环境、冻土特征、管道扰动3个方面10个指标,建立了冻土区输油管线热融灾害评价指标体系。基于漠大线364km处研究区域水文、冻土工程地质的复杂性和指标评价等级界线的模糊性,采用模糊互补判断矩阵排序原理确定指标权重,应用模糊综合评判法建立模型,并对该研究区域管线热融灾害进行了评价。结果表明,研究区域内管线诱发热融病害的主导因素为:年平均油温、冻土含冰量、年平均地温,且其潜在风险处于较差等级,其中,自然环境因子、冻土特征因子、管道扰动因子潜在风险皆处于较差等级,这与管道全年正温运行、地表扰动、热融沟积水下渗等引起管-土融化圈逐年扩大的病害问题相符。依不同病害区显著特征修正部分评价指标后,该模型可以推广应用到漠大线管线病害综合评价中。     

青藏工程走廊冻土场地地震动特征初步分析

在分析青藏工程走廊冻土波速基本特征基础上,结合室内动三轴有关冻土动力学特性的试验结果,考虑不同超越概率的人造地震荷载作用,对青藏高原多年冻土场地地震动特征进行分析。冻土场地地震反应计算考虑了气候变化和工程活动引起多年冻土温度升高、活动层厚度增大的背景,分别对不同冻土场地条件地震动特征进行分析,明确了活动层厚度、融冻状态及冻土层厚度等因素对冻土场地的加速度放大效应、地基土应变及反应谱特征周期变化特征。研究结果表明,尽管地表峰值加速度放大系数随活动层厚度增加而增加,然而活动层土体厚度及状态的变化不足以改变场地的固有特性,对场地特征周期影响不明显。场地的固有特性随着冻土层厚度的变化而发生变化,冻土层厚度对地震动放大效应的抑制作用随着输入地震荷载的增大越为明显。冻土层厚度对场地特征周期值影响较大,场地特征周期随着冻土层厚度增加呈对数增大趋势。     

我为藏羚羊而忧

媒体有过这样的报道:分布在可可西里各地的雌性藏羚羊,每年6月都集结成群,长途跋涉前往可可西里卓乃湖、太阳湖等地产仔,一个月后再带着新生的小藏羚羊返回原栖息地。然而,由于青藏铁路的施工,给向西迁徒的藏羚羊挡了道。后来,青藏铁路参建单位为此停止施工4天,才使藏羚羊得以平安迁徒。