利用抛石护坡调节冻土路基阴阳坡的温度分布

由于铁路道碴和片石铺层的对流换热为多孔介质的热传导问题,为解决青藏铁路抛石护坡路基温度的计算问题,根据多孔介质中流体热对流的连续性方程、动量方程和能量方程,应用伽辽金法推导出了多孔介质对流换热的有限元公式,对具有阴阳坡的抛石护坡路基和普通路基在未来24a的温度变化分别进行了预报分析和比较。计算结果表明,对于阴阳坡温度相差1．8℃的普通路基,在阴阳坡增加片石直径为10cm,厚度分别为80,160cm的抛石护坡,就能达到使路基温度对称分布的目的,消除由于阴阳坡温度差的作用而造成路基下冻土上限不对称分布、引起路基的不均匀沉降以及形成路基纵向裂缝的病害。因此,应大力推荐该种路基作为青藏铁路冻土区有阴阳坡路段的路基结构,以便最大限度地保护冻土区的铁路。     

青藏铁路片石气冷护坡措施实体工程试验研究

为解决在高温、高含冰量冻上地段修筑铁路工程后的路基稳定性技术难题，在路基工程的设计中采用主动保护多年冻上的措施——片石气冷护坡，通过调控路基下地温场以阻止或减少由于多年冻上地基融化下沉而引起的路基变形。在青藏铁路清水河高温冻上细粒土段进行片石气冷护坡路堤和普通路堤实体工程对比试验，基于3个测试断面、2个冻融循环的地温和变形监测资料，对比分析片石气冷护坡措施路堤与普通路堤体内和基底的地温、积温、温度场中最大融化深度的变化情况及路堤的变形特征。分析结果表明，采用片石气冷护坡措施的路堤，与普通路堤相比，降温效果明显，负积温量值大，最大融化深度抬升幅度也较大，沉降量小。因此，片石气冷护坡能够有效发挥降低地温、保护多年冻土的作用，是一种施作方便、适用条件较广泛的主动保护多年冻土措施。     

块碎石夹层结构冻土路基温度分布数值分析

为研究青藏铁路普通道碴路基和本文提出的块碎石夹层路基的温度场分布,本文将铁路道碴和块碎石夹层的对流换热简化为多孔介质的热传导问题,根据多孔介质中流体热对流的连续性方程、动量方程和能量方程,应用伽辽金法导出了多孔介质对流换热的有限元公式,并对普通道碴路基和抛石路基在未来50年的十月份温度场进行数值分析与比较。计算结果表明：在普通道碴路基中,路基下冻土的温度升高和退化,路基阴阳坡下温度的不对称性极为发育,阳坡有明显贯穿路基高温区且坡脚高温聚集,其路基结构很难保持路基及冻土的稳定性和路基的温度对称性性;而在块碎石夹层路基中,路基下冻土上限缓慢抬升且冻土地温保持良好的对称性,阴阳坡下路基温度差异较小且对称分布,坡脚没有温度聚集现象,其路基温度分布有利于保持路基及冻土的稳定性,同时说明了块碎石路基具有良好的调节路基温度的能力。     

青藏铁路多年冻土区润湿地段斜坡路基温度与变形分析

 为研究青藏铁路高温高含冰量斜坡润湿地段路基稳定性,在青藏铁路K1139+940处开展地温、变形监测,分析路基地温、变形特征,建立温度、水分与变形耦合方程,预测斜坡水分运移对路基温度和变形的影响。结果表明：(1) 斜坡路基阴阳坡效应明显,阳坡年平均温度比阴坡高2.5 ℃以上;(2) 路基运营初期,左路肩下冻土上限下降、地表升温,而右路肩下上限抬升、温度降低,温度场的横向非对称分布导致明显的路基横向变形差异;(3) 活动层水分渗流对路基阳坡下部温度和变形影响最明显,路基中心次之,阴坡最小,水分渗流加速了路基的升温和变形过程、加剧了路基温度场和变形的非对称分布;(4) 斜坡路基运行50 a后,斜坡路基下部含土冰层全部融化、路面最大横向变形差异达到18 cm。对于含水量较高的斜坡地段,水分渗流对温度场和变形的影响不可忽略。     

青藏铁路多年冻土区碎石护坡与片石护道路基冷却效果对比分析

碎石护坡和片石护道都是积极主动保护多年冻土路基的工程措施。左(阳坡)、右(阴坡)路肩不同深度年平均地温呈现逐年降低的趋势,路基体中冷储量不断增加。同时,冻土上限呈现逐年抬升的趋势。两种工程措施各有利弊:与碎石护坡路基左路肩土体对比,片石护道路基左路肩上半部土体年平均地温略高,热稳定性偏低,冻土上限偏低;下半部土体年平均地温略低,冷储量偏多,热稳定性偏高。与碎石护坡路基右路肩对比,片石护道路基右路肩土体年平均地温偏低,热稳定性偏高。     

多年冻土区公路路基阴阳坡温度及变形差异分析

 基于青康公路阴阳坡效应显著路段——K369路段路基的地温、变形监测资料,研究路堤内阴阳坡温度场差异及其对冻土路堤变形以及路堤稳定性的影响,分析路基地温、变形特征及其相互关系。研究结果表明：(1) 冻土路基在横断面上的差异沉降变形和其下地温场分布的不对称状况密切相关,地温场状况及其变化控制和决定着冻土路基变形场的状况;(2) 坡向不同而引起的太阳辐射差异是造成阴阳坡热交换不对称的根本原因,也是造成路基横向差异沉降的根本原因;(3) 路基变形的发展较地温的发展有一个相对滞后的响应,这决定了路基最大沉降并不是发生在最大融化深度的时间。对有差异沉降的路基来说,阴阳坡两侧路基发生最大沉降的时间也不一致,阳坡一侧达到最大沉降的时间要滞后于阴坡。这种差异变形会随着时间加剧,最终导致路基纵向裂缝的发育进而严重影响路基的稳定性。     

多年冻土区抛石护坡路基室内试验研究

多年冻土区道路病害主要是由路基下冻土温度升高融化下沉引起。由于阴阳坡差异引起路基不均匀沉降而导致的路面纵向裂缝病害严重影响了路基的稳定性。通过室内试验研究了在相同温度边界条件下普通路基和抛石护坡路基的温度分布特征,对比分析了两种路基结构的温度差异。结果表明:普通路基的阴阳坡两侧温度分布极不对称;铺设抛石护坡后,这种状况得到了很大改善,并且抛石护坡下土体温度明显降低;抛石护坡能够降低路基温度和调节路基阴阳坡的温度差异;抛石护坡是多年冻土区防治路基融沉和纵向裂缝病害的一种可行措施。     

青藏铁路北麓河试验段地温分布对比分析研究

考虑相变和全球气温升高的影响,利用数值分析方法,对青藏铁路目前惟一的L型支挡结构的温度场进行了数值模拟.通过建立路基温度场有限元模型,选取适当的边界条件、初始条件及热学计算参数,计算北麓河试验路基断面10 a内的地温变化情况,并与2 a的地温实际测试资料进行对比分析.冻土融化深度数值计算和实测数据吻合较好,反映地温对气温变化的滞后响应特性,表明计算模型是可信的,计算结果可供参考.未来10 a的数值计算结果表明：最大融深（或冻土上限）没有下降,表明冻土已经形成新的平衡,冻土上限稳定.可以预见该土工结构最终会达到一个稳定的热平衡状态,表明L型这种柔性支挡结构应用于多年冻土地区是适宜的.     

青藏铁路多年冻土区块石路基碎石护坡工程效果研究

青藏铁路多年冻土区路基工程的修建,改变了路基基底多年冻土的热量平衡状态,引起了地下温度场的重新分布。文中对青藏铁路楚玛尔河段的块石路基碎石护坡实验段1年地温进行分析,研究了该种工程措施对降低地温温度保护多年冻土,平衡路堤阴阳坡温度场差异的工程效果。研究结果表明:块石路基碎石护坡对冻土的保护效果非常明显。     

高温冻土区片石层路基稳定性的数值分析

为了研究片石层路基结构的冷却效果,在假定气候以百年升温3.4℃的速度在变暖、有典型的阴阳坡效应、夏季竣工的条件下,采用有限元热实单元方法,进行了数值仿真。结果表明,片石层路基温度场前10年冷却效果明显,第10年~第40年冷却效果变缓,第40年后温度场趋于稳定,路基沉降趋于稳定值17.1 cm,工后沉降满足规范要求,可见该路基形式有较好的保护冻土,延迟退化的功效。     

多年冻土区粒径改良路基稳定性分析

路基稳定性是指路基受到车辆动态作用及各种自然力影响所出现的路面陷槽、翻浆冒泥和路基剪切滑动与挤起等情况的适应能力,包括热稳定性和强度稳定性。热稳定性是指路基的热状况对外界条件响应的敏感程度,是多年冻土区路基稳定性的核心。文中对国内外多年冻土区路基热稳定性研究进行了分析,并对热稳定性判断原则进行探讨。通过对现场粒径改良路基两个多冻融循环观测数据进行研究,分析了粒径改良路基的冻融循环地温变化规律及变形规律,得到了粒径改良路基具有抬升多年冻土上限的作用,并根据判断原则,认为粒径改良路基是一种稳定的新型路基结构形     

青藏铁路五道梁地区碎石护坡保护路基稳定性措施试验研究

以青藏铁路格尔木-拉萨段五道梁地区五北大桥碎石护坡试验段为对象,阐述了碎石护坡降低地温、保护冻土路基稳定性的原理,并对DK1082 425碎石护坡试验段的实测地温和路基变形的数据进行了详细的分析,研究了碎石护坡降低地温保持冻土路基稳定性的作用效果。     

青藏铁路粒径改良路基热状况分析

基于青藏铁路北麓河试验段粒径改良路基、普通路基、天然场地的地温监测资料,定量分析了3种方式下土层的热状况变化特征。结果表明:修筑有路基的吸热量大于天然场地的吸热量;粒径改良路基经历的融化期略长于天然场地,但远短于普通路基。从热收支状况来看,粒径改良路基放热强度大于吸热强度,总体呈现出放热状态,但同天然场地相比,热收支变化不甚突出。粒径改良路基有使路基表层热收支趋于天然状态的趋势,具有保护多年冻土的作用,是一种积极保护冻土的较好的措施。     

青藏铁路粒径改良路基温控效果分析

基于青藏铁路北麓河粒径改良路基试验段地温监测资料,分析了粒径改良路基地温变化规律及其温控效果,并同其他保护冻土措施进行了对比分析。结果表明：在一定深度范围内,粒径改良路基地温呈现年季变化、呈正弦曲线变化特征;同普通路基相比,在年平均地温曲线方面表现出具有冷却路基,保护冻土的效果;同普通通风路基相比,粒径改良路基虽在冷季冷却效果弱于通风路基,但在暖季热屏蔽效果好于通风路基,从年平均地温方面已表现出较好的保护冻土的态势,是一种积极主动的保护措施。     

季节性冻土地区高速铁路路基地温分布规律研究

 研究路基及周边地区土体地温的分布规律是季节性冻土地区高速铁路路基的稳定性分析的重要基础。结合哈大(哈尔滨--大连)高速铁路双城地区3 a的现场监测数据和气温资料,分析坡脚、天然位置及路基不同位置的地温分布规律。在此过程中,利用地温振幅、平均地温等结果,建立相应的地温估算公式,为确定数学模型的基本边界条件提供依据。建立非稳态相变温度场的数学模型,研究路基地温随时间的变化特点和沿深度的分布规律,并预测地温场的变化趋势。现场监测和模拟计算结果表明：地温分布规律主要与土体构成、土体热扩散能力、气候和位置等因素有关。季节性冻土地区高速铁路路基最终形成较为稳定的季节冻结层,相对稳定的地温和不对称的地温场。路基阴阳坡地温场的不对称,可能导致路基横向差异变形和纵向的不均匀变形,进而影响路基的稳定性。     

青藏铁路冻土路基多种治理方案试验效果分析

基于一些路基检测资料,对粒径改良路基、通风管路基、综合路基等五种路基的试验效果进行了对比分析,分析表明：粒径改良路基具有良好的冷量交换与热屏蔽双重作用,最后利用导热学与多孔介质理论,简单介绍了粒径改良路基温度场计算方法,并在此基础上给出了多年冻土地基融沉量的计算方法。     

大体积毛石混凝土在控制温度裂缝方面的应用

针对重庆市南川神童镇污水处理厂工程C20混凝土挡土墙绝热温升(60.19℃)和内外温差(17.76℃)过高造成温度裂缝的问题,考虑到当地多阴雨、湿度大的气候特点,在比较其他控制裂缝方法的基础上,采用大体积毛石混凝土,毛石体积掺量为20%,热工计算后发现,结构的绝热温升值(48.15℃)和内外温差(14.20℃)明显下降,温度应力为0.76N/mm2,有效控制了由于温度应力造成的温度裂缝.在未采取其他措施的情况下,实施效果良好.通过工程实践进一步验证了大体积毛石混凝土在控制温度裂缝方面的作用.     

铁路不同厚度片石保温护坡降温效果对比分析

指出片石护坡是保护路基及基底下多年冻土的一种有效工程措施，结合青藏铁路清水河试验段片石护坡试验工程的测试数据，对0．8m，1．2m两种不同厚度片石护坡的降温效果进行了对比分析，以推广片石保温护坡的应用。     

青藏高原多年冻土区路基表面浅层地温探讨

冻土路基温度场是决定冻土路基稳定性的关键因素。在多年冻土区修筑道路工程后,由于工程施工的扰动作用,改变了地表与外界的热交换条件,打破了原有的热平衡状态,使冻土路基温度场变化十分复杂。鉴于青藏高原独特的自然地理环境,实测地温及气象资料获取的困难性,通过青藏铁路沿线有限的实测地温资料,建立了砂砾路面下路基水平表面浅层地温与理论太阳直接辐射强度之间简单的近似线性函数关系,并分析讨论了路基边坡表面浅层地温与太阳直接辐射强度之间线性关系较差的原因。     

焦作夏季居住建筑人体热舒适现场研究

采用环境参数测量与问卷调查同步进行的方式,研究了混合供冷模式下人们的热舒适性。结果显示,该地区夏季实测热中性温度为27.7℃,预测热中性温度为25.4℃,由热感觉法和直接询问法得到的80%可接受温度范围的上限分别为28.8℃和29.2℃,由这两种方法得到的期望温度分别为27.4℃和24.0℃;在混合供冷模式下,由于存在由空调环境进入非空调环境的情况,所以对热环境的不满意率要高于自然通风状态,可接受温度上限比自然通风状态低。