青藏高等级公路斜插式热棒路基降温效果数值分析

以青海共和至玉树高等级公路中的实际设计断面为模型,通过数值模拟研究斜插式热棒路基和斜插式热棒-XPS复合路基的降温效果。结果表明,在气候变暖背景下,两种路基在一定时期内可以降低其下部多年冻土温度,提高路基下冻土上限,但随着气温逐渐升高,两种路基反压护道下多年冻土中有融化核出现,并且斜插式热棒路基下多年冻土中及斜插式热棒-XPS复合路基填土中有融化核出现;增加XPS保温板,在一定时期内可以提升斜插式热棒路基的降温能力,使斜插式热棒-XPS复合路基降温效果优于斜插式热棒路基,且前者冻土上限始终高于后者,但对于增强其长期降温的效果并不显著。     

框架锚杆支护多年冻土边坡的稳定性计算方法

为了给出更符合工程实际的冻土边坡稳定性计算方法,通过考察青藏高原地区多年冻土边坡滑移实例、分析其破坏类型和影响因素,提出了高陡边坡的冻融折线型滑移面,基于热平衡理论和莫尔-库伦强度理论给出了折线型的滑移面确定方法;考虑土体在冻融循环作用下抗剪强度损伤、滑移面上水的渗流作用以及气温变暖三种因素,给出了框架锚杆支护多年冻土区高陡边坡的稳定性计算方法。算例分析表明:利用直线型滑面计算的多年冻土边坡稳定性系数比折线型滑移面更小,容易造成保守设计,使用折线型滑移面更为经济;边坡开挖后10a内,冻融循环作用对稳定性的发展趋势起主导作用,10a后气温变暖发挥主要作用,渗流作用对边坡稳定性的影响较为显著,对稳定性发展趋势没有影响,但三种因素都应当在工程设计中考虑。     

多年冻土区冻融灾害风险性评价

青藏高原多年冻土区由于自然环境变化和人为活动的影响,不少区域存在如热融滑塌、冻胀丘、融沉、冻胀等与冻土变化相关的冻融灾害。冻融灾害的存在与发展给冻土区环境与开发带来极大影响。在广泛现场调查和查阅相关资料的基础上,分析了各种灾害的形成机制以及冻融灾害的主要影响因素。结合地质灾害形成机理和多年冻土区工程建设的实际情况,确定了以岩土性质、活动层厚度、植被覆盖度、坡度、海拔、纬度为内因,年平均气温变化、人为活动为外因的评价模式。评价结果表明,整个青藏高原在现状条件下以中低风险性为主。中高风险区主要分布在年平均地温较高、人类活动强度较大的区域。     

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。     

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。     

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。     

山区沿河公路路基水毁灾害易损性评价

结合沿河路基水毁的研究资料和野外现场调查,根据山区沿河公路路基水毁易损性评价具有多因素和模糊性的特点,选取路基自身强度及稳定性、防护措施、洪水特性和河床因素等4个因素共10个子因素构成评价因素集,在建立易损性评价指标体系的基础上,采用改进的层次分析法确定了评价因素及其子因素的权重;运用模糊数学方法建立了易损性评价的二级模糊综合评价的数学模型,提高了沿河路基水毁易损性评价的客观性和科学性,并结合实例进行了应用。根据易损性评价结果,可采取相应的沿河路基水毁防治对策。     

库水作用下公路土质岸坡稳定性影响因素综合评判

以三峡库区公路土质岸坡为研究对象,通过对库水作用的影响效应分析,建立了岸坡稳定性评价的参数指标评价体系以及相应的分级标准.在此基础上,应用影响因素综合评判方法,对实例岸坡进行了稳定性分级评价,评价结果与实际情况基本相符.     

气候变暖背景下拟建青藏高速公路沿线典型区段多年冻土未来50年退化特征

选取青藏高速公路沿线4个典型区段,采用数值预测方法,预测4种气候变暖情景下未来50年多年冻土的退化特征。结果表明:初始多年冻土地温越低,对气候变暖的敏感性越弱;随着初始多年冻土地温的升高,多年冻土对气候变化的主要响应方式由年平均地温升高向上限下降、下限抬升转变。A2情景下冻土退化最严重,线性情景和B1情景多年冻土退化较为温和。到2064年时,A2情景下安多冻土厚度减薄7.94 m,风火山年平均地温升高1.34℃。未来青藏高原低温多年冻土向高温多年冻土转变,冻土厚度减薄,活动层厚度增加,在线位选择和结构设计中应引起充分的重视。     

冻土隧道超前支护适应性及施工控制技术

为明确冻土隧道超前支护适应性,主要进行了冻土段超前小导管和管棚的加固效果研究。结果表明:超前管棚和超前小导管应用于高温多年冻土段时,热扰动产生融化圈,在注浆加固范围以外形成热融弱化区,影响其加固效果。根据融化圈的影响深度,双层超前小导管对围岩温度场的扰动是管棚的3～4.5倍。管棚施工中,采用自进式跟管钻进工艺,可有效防止热融塌孔,显著提高孔效率。     

基于上限定理的边坡横向条分稳定计算

基于塑性极限分析上限定理的基本原理,结合传统的边坡稳定性计算方法,提出了边坡稳定性分析的横向条分计算模型。根据相关联流动法则和变形协调条件,通过外力功率与塑性变形区内部能量耗损率相等的条件,建立了虚功率方程,利用强度折减得到了边坡稳定性计算表达式。以某一工程为实例,进行了稳定性分析计算,并与不平衡推力法以及极限分析竖向条分方法的计算结果进行了比较,计算结果说明了所提方法的正确性和有效性。     

山区沿河路基水毁灾害风险定量评价方法

针对山区沿河路基水毁灾害风险的定量评价问题,对风险评价体系进行了论述。借助"信息熵"模型,提出了山区沿河路基水毁灾害的危险性定量评价方法及危险性分级。从承灾体自身抗灾能力和区域抗灾能力两方面,建立了承灾体自身易损性和区域易损性分级,结合承灾体的暴露性分级,提出了山区沿河路基水毁灾害承灾体的易损性评价方法及易损性分级。根据山区沿河路基水毁灾害危险性和易损性分级,建立了风险评价矩阵,并对风险进行了分级。通过实例分析,证明该方法可以较好地解决山区沿河路基水毁灾害风险的定量评价问题。     

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。     

基于模糊多属性决策法的软基加固效果评价

基于模糊多属性决策法建立了真空联合堆载预压法加固软土地基效果评价模型。选择总沉降、固结度、抗剪强度和侧向位移等4种监测变量作为加固效果评价的影响因素,采用模糊多属性决策方法,对软基加固效果的指标值和权值进行分析计算,确定出其效果评价的模糊指标值和模糊权值,并通过差异度分析和模糊效用值分析与常规堆载预压法进行对比,研究二者的加固效果随时间的变化关系。通过真空联合堆载预压法在广东西部沿海高速公路台山段路基加固工程中的应用,有效地论证了的该法的优势。     

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。     

原有路基荷载作用对加宽工程路基沉降变形的影响分析

基于工程实例和数值模拟,分析了高速公路加宽工程中,原有路基荷载作用引起的软基性质改善对路基沉降变形的影响机理。研究表明:新、老路基的沉降变形均受软基性质改善的影响;软基性质改善改变了新路基荷载在老路地基中引起的附加应力分布,这种附加应力的改变也对老路基的沉降产生影响,而传统的计算方法不能考虑附加应力的变化对沉降的影响;对比考虑与不考虑老路基荷载作用的影响,新路基的沉降量会不同,这种沉降差异随路基高度、新路基宽度以及软基厚度的增加而逐渐增大,但老路基的沉降差异只受软基深度的影响。     

列车荷载下巴准重载铁路高路堤路基累积变形研究

针对巴准重载铁路高路堤典型断面,采用三维非线性有限元与经验公式相结合的方法,建立了可考虑列车-轨道动力相互作用的重载列车振动荷载引起的高路堤路基累积变形计算方法。首先,基于列车-轨道垂向耦合动力系统理论,建立重载列车-轨道动力耦合体系数值模型,并实施重载列车-轨道耦合系统动力分析;其次,建立轨枕-道床-路基-场地动力系统的三维有限元模型,并输入求解的列车振动荷载作为外部激励;最后,采用Li和Selig推荐的改进土体累积变形预测模型并结合有限元分析结果,分析了未加固和应用土工格栅加固的高路堤路基累积变形的基本特征与规律。发现土工格栅可显著减小路基的动力累积变形作用。     

静力荷载作用下纤维材料增强路基性能的试验研究

分别采用现场铁路路基填料及掺量为0.3%的聚丙烯纤维改良填料构筑室内小型路基,通过对路基顶部施加不同的分级静载,对比研究两种不同填料对路基内应力分布规律和沉降变形特性的影响,进而判断纤维材料作为改良措施运用于路基沉降控制的可行性与有效性。试验结果表明:相对于现场填料路基,纤维改良措施加快了应力在路基中沿深度的扩散速度;应力加载至100 kPa时,两种填料路基的沉降变形规律相似,路基不同深度处的沉降随着基顶作用荷载的增加呈非线性增大;应力达到200 kPa时,纤维改良路基60 cm深度范围内的沉降曲线出现反转点,曲线形状近似拉长的s形;较于现场填料路基,纤维改良措施使基顶沉降分别减少了30.3%及35.4%;在高应力、大变形趋势条件下,纤维材料对路基沉降的控制效果会更好。     

复合填料一维冻胀量数值模拟分析

复合填料是以废铸砂、粉煤灰、聚苯乙烯颗粒(EPS)、水泥和水为原料,拌合后形成的一种轻质填筑材料。其中,EPS颗粒含量适当时,能减少或消除复合填料的冻胀和融沉,可作为季节性冻土区的路基填料。假设复合填料中除EPS颗粒外的骨料颗粒、孔隙冰为刚性介质,同时考虑EPS颗粒变形和填料孔隙变形对复合填料冻结过程的影响,在已有的冻土水热耦合分离冰模型的基础上,得到考虑EPS颗粒变形影响的饱和填料一维冻结水热耦合控制方程,进而预测填料的冻胀量。与室内模型试验结果对比表明,本文模型可用于该种具有弹性颗粒复合填料的冻胀量模拟,为工程中冻胀量预测提供依据。     

加筋高路堤稳定性评价的信息扩散模型

利用模糊信息优化处理的基本理论（模糊近似推论、信息扩散、信息集中），建立了加筋高路堤稳定性的分类及评价其指标的信息矩阵，获得了加筋土高路堤稳定性评价的信息扩散模型。通过对北张沟加筋高填路堤进行的稳定性分析，表明该模型能较全面地考虑加筋高路堤边坡稳定性的影响因素，评价结果合理。