重复机车荷载作用下青藏铁路冻土路基累积塑性变形分析

在青藏铁路北麓河试验段选取素填土路基断面,于暖季7月份开展列车通过实时振动测试,获得铁路货运机车振动荷载作用下路肩处的加速度时程曲线。将现场测得的加速度时程曲线作为有限元计算的荷载边界条件,通过非线性动力计算获得路基坡脚和天然地表处的加速度时程曲线,分析机车振动沿路基的传递衰减特性。阐明路基土体内部动应力分布特征和沿深度的衰减规律。应用累积塑性应变模型,对多年冻土路基在重复机车荷载作用下的永久变形进行初步分析和预测。研究结果表明:机车荷载作用所导致的路基变形随着荷载作用次数的增加逐渐趋于稳定。在机车作用1年之后,路基累计变形为27.74 mm,机车作用10年之后,该变形值发展为40.12 mm。     

动荷载作用下高温冻土路基动力响应的模拟试验研究

高温冻土地区铁路路基,由于列车动荷载对土体产生扰动而影响其稳定性。通过分析影响冻土路基应力、变形及温度场等主要因素,建立冻土路基模拟试验装置;在路基内部及周围地表布设压力和变形传感器,并用自行设计列车动荷载加载装置对路基施加模拟荷载,进行冻土路基动力响应模拟试验。试验获得不同动荷载频率作用下路基周围地表变形以及内部土压力的变化规律。试验结果表明:动荷载频率对地表竖向位移及路基土压力的影响均存在一个临界值,采用适当的列车行驶速度可减小对冻土路基的挠动;路基内部温度场监测结果表明,动荷载可引起土体局部温升,建议采用积极的防护措施以保护路基的冻结状态。研究成果可为维护青藏铁路路基稳定提供参考。     

青藏铁路多年冻土区普通路基地温监测及其预测分析

青藏铁路多年冻土区局部地段以普通路基形式通过,其稳定性与铁路的正常运营密切相关。2002～2003年在北麓河布置了普通路基试验段,用于监测路基的温度状态。基于监测资料,分析路基边坡温度变化过程、路基及下部土体温度场分布以及进入多年冻土的热流量。结果表明,阳坡面年平均温度比阴坡面高2.9℃,阴坡面温度年较差比阳坡面大2.2℃。受地表温度边界条件控制,路基阳坡下土体融化深度明显大于阴坡,且路基下部土体处于升温状态。路基下部土体不同部位主要表现为吸热强度逐年略有减小的吸热状态。模拟计算50年气温升高1℃条件下路基温度场,结果表明50年后路基冻土上限下降明显,并且冻土温度主要介于0～-0.5℃之间。     

青藏铁路多年冻土区站场路基温度场试验研究

站场路基的宽度为单线普通路基宽度的两倍 ,结合青藏铁路试验工程观测的数据 ,分析了冻土区站场路基地温场以及多年冻土人为上限的特征 ,探讨了路基的冻结和融化过程的规律 ,阐述了多年冻土区路基的稳定性问题。     

影响青藏铁路多年冻土区斜坡路堤稳定的因素分析

研究目的:自青藏铁路开通运营以来,在多年冻土区已经出现了几处冻土斜坡路堤变形较大的情况.本文针对青藏铁路多年冻土区斜坡路堤的稳定性进行了研究,希望能够为青藏铁路多年冻土区斜坡路堤的维护提供帮助.研究结论:青藏铁路的修筑改变了沿线多年冻土的生存条件和路基周围的水热环境,同时气温的年际变化和多年变化也影响着路基的工程状态.论文从青藏铁路多年冻土区斜坡路堤稳定的主要影响因素(如:水、地温、冻土类型、坡向和坡度)着手进行了分析,得出各影响因素对路基的不利影响.     

青藏高原多年冻土区通风管路基温度特性分析

结合青藏铁路清水河试验段试验,研究通风管路基的温度特性,根据通风管路基基底1m范围内和边坡位置及冻土上限位置热量周转和通风管内外温度,分析通风管路基对保护多年冻土的有效性。研究结果表明:青藏高原严寒的气候为通风管的适用性提供了环境条件;在路基中埋入通风管,不但增加了路基与空气的接触面,而且通过高原空气的强对流活动,消耗路基体中存在的热量,有效阻止路基表面吸收的辐射热量下传,起到了保护下伏多年冻土维持冻结状态的作用;通风管路基作为青藏高原多年冻土区的一种新结构形式,为青藏铁路的建设和安全运营提供了技术支撑。     

青藏铁路运营期间低温冻土区片石气冷路基工程效果分析

冻土区筑路技术问题的关键是冻土的热稳定性,这种热学问题的力学表现是路基变形。通过对青藏铁路运营期间冻土区典型地段路基地温场和路基变形特征的分析,指出青藏铁路冻土区路基地温场形态控制了长期运营期间的路基变形总量和横向差异变形总量。这些变形主要由冻土季节融化层土体的冻胀融沉变形、冻土压缩变形、冻土长期蠕变变形组成。工程监测以及理论计算证明了片石气冷路基结构保护冻土效果的长期可靠性,证明了其减少运营期路基变形,保证冻土区路基工程的长期稳定性的效果。     

青藏铁路多年冻土区长期监测系统的研究与应用

研究目的:青藏高原多年冻土区现存的地质地貌形态是经过漫长的地质历史时期形成的,部分多年冻土区的年平均气温相对较高,冻土厚度较薄,热稳定性较差,冻土的稳定性直接关系到上部工程结构的稳定性和耐久性。研究和掌握多年冻土环境变化对工程结构稳定性影响的途径和方法,可以了解青藏铁路沿线多年冻土区气候变化情况和气候影响下的冻土发展趋势,为青藏铁路制定工程防治措施提供依据。研究结论:(1)通过对近几年的监测数据分析来看,青藏铁路长期监测系统运行良好,监测数据真实可靠,能够作为青藏铁路冻土区工程稳定性评价的依据;(2)利用长期监测系统对多年冻土路基地段进行了多年连续监测,发现了出现较大沉降变形冻土路基的环境特征以及沉降机理、据此拟定出着眼维持路基状态、改善路基系统水热条件、缓解人为上限下降、减缓路基沉降速率的工程补强措施;(3)通过长期监测系统对桥梁、涵洞断面的监测和分析,认为多年冻土区桥涵基础目前整体上是稳定的。     

青藏铁路路基下多年冻土演化特征及规律研究

通过对青藏铁路多年冻土区长期监测系统多年来的大量实测数据进行分析,研究了青藏铁路路基下多年冻土演化特征及规律。研究结果表明:青藏铁路沿线气温逐年升高,降水量、冻结指数和融化指数逐年增大,暖冬现象明显,地表温度年升高率达到0.06℃/年;沿线多年冻土区2007—2013年间冻土天然上限下移的达91%,不同深度处的地温整体处于升温状态;青藏铁路路基下多年冻土也发生了升温退化,在2007年冻土人工上限相对原天然上限均抬升的占81%,路基下多年冻土退化明显滞后于天然场地;片石路基、热棒路基等主动降温措施效果明显,保证了青藏铁路多年冻土路基工程的稳定。     

青藏铁路道砟层对冻土路基热状况影响分析

在青藏铁路北麓河试验段设置试验断面,对地温及热流量进行观测,研究青藏铁路道砟层对路基下伏冻土热状况的影响.研究分析表明:道砟层在暖季阻止外部热量进入下伏冻土,冷季阻止路基内部热量扩散,且道砟层在暖季保温效果明显,而在冷季其降温效果并不明显;相同深度处道砟层下土体的年平均温度比砂砾路面下土体的年平均温度约低2℃;道砟层对路基下伏冻土起降温效果主要是因为其在暖季屏蔽了大部分外界热量,促使道砟层下土体年总热量收支呈现负值,从而起到很好的降温效果.因此,铺设道砟层有利于冻土路基的热稳定性.     

多年冻土区路基的结构设计分析

研究目的:本文从分析冻土区路基表层的冻胀特征和底层的融沉特征入手,提出路基结构设计中冻土区路基表层的防冻胀措施以及低含冰量冻土和高含冰量冻土路基的防热融措施。研究结论:认为按地质和地温条件处理冻土,保持多年冻土上限不下降后,路基结构按“封闭系统”冻结条件进行设计,表层冻融层内用不冻胀的粗粒料填筑,其它部分按常规路基设计,即可满足多年冻土区路基结构功能的要求。     

青藏铁路多年冻土区水害类型及防治措施

研究目的：针对青藏铁路多年冻土区的主要水害类型，结合青藏铁路（二期）工程设计实例和施工现场情况，提出了病害处理原则和防治措施。 研究方法：首先从理论上对冻土及多年冻土进行了阐述，然后联系青藏铁路（二期）工程，从路基工程、涵洞工程、桥梁工程3个方面出现的各种水害类型分析入手，得出结果。 研究结果：路基工程、涵洞工程、桥梁工程3个方面出现的各种水害类型各有不同，但对青藏铁路今后的运营都将产生不同程度的影响，因此必须采取相应的防治措施。 研究结论：多年冻土地区铁路工程设计施工的原则应针对多年冻土各种不同的地质特征，进行科学的分析，做出具体的处理措施，保证青藏铁路建设工程的经济合理性、安全性和可靠性。运营期对路基、涵洞、隧道和桥梁等铁路工程建筑物采取合理防护，从而确保青藏铁路建设工程的质量及正常运营，从根本上抑制变形、裂缝等水害的发生和发展。     

青藏铁路多年冻土区片石护坡积沙段降温效果监测与分析

青藏铁路多年冻土区的片石护坡路基的大量使用,起到了降低路基基底多年冻土温度和调节多年冻土人为上限形态的作用,为青藏铁路的安全运营提供技术保障。青藏铁路多年冻土区沿线沙害主要分布在线路经过的河谷及湖泊附近,在风沙危害严重地段,片石护坡孔隙被沙害掩埋,改变了片石层传热特性,影响片石护坡的降温效果。通过室内试验及现场地温监测分析,根据不同条件(有无积沙、阴阳坡)对片石护坡的降温效果进行了对比分析,研究结果表明:(1)由于片块石层的大孔隙特性,使得片块石护坡能通过暖季隔热、寒季散热这一机理来对路基体进行降温,测温数据显示降温效果良好;(2)片石护坡积沙后其降温效果明显减弱,通过片石层内0.6 m和0.8 m深度的地温积温比较,积沙路段积温明显高于无积沙路段,其中路基阳坡侧高出约50%,路基阴坡侧高出约100%。     

重载铁路路基基床不同改良厚度的动力响应研究

重载列车荷载对路基基床的影响较为显著,为探究北方风沙地区选择水泥改良的粉细砂作为基床填料后路基体的变形及动力稳定性。通过动三轴试验对比分析了不同掺入率水泥改良土临界动应力大小及不同围压下回弹模量的变化规律,进一步结合FLAC3D建立三维动力仿真模型,重点探讨了列车激励荷载作用下路基基床换填不同厚度的5%水泥改良土时动应力、沉降变形、振动加速度的变化分布规律。结果表明:5%水泥改良土临界动应力、回弹模量较原状土提高幅度最大;路基体竖向动应力、位移、加速度峰值均随深度增加而逐渐减小;路基基床对动应力的扩散抑制作用较强,动荷载传递经基床后平均衰减约83.5%;路基沉降主要产生在中上部,且随基床底层改良厚度增加路基顶部最大竖向位移逐渐减小,最大减小约45.6%;此外,振动加速度传播经改良后的路基基床衰减幅度较明显,约为69.4%。     

青藏铁路多年冻土区桥头路基病害成因分析及整治措施研究

针对青藏铁路运营以来多年冻土区出现的路基病害的类型划分、形成原因及主控因素进行分析研究,提出青藏铁路多年冻土区桥头路基存在的病害问题、主要影响因素及桥头路基病害治理工程措施,并对多年冻土区路基工程热稳定性变化趋势进行预测。     

青藏高速铁路多年冻土地区路基工程技术问题探讨

回顾总结了青藏铁路多年冻土地区路基成套关键技术,在可靠性分析的基础上,提出了青藏铁路保护多年冻土的成套路基关键技术应用于高速铁路路基存在的主要问题及对策,为解决青藏高速铁路多年冻土地区路基技术问题提供了途径与方法,具有积极的现实意义。     

青藏铁路多年冻土工程的探索与实践

研究目的：青藏铁路格尔木一拉萨段全长1142km，是世界上海拔最高、跨越高原多年冻土地段里程最长的铁路，沿线自然环境恶劣，地质条件复杂，工程技术难度大，环境保护要求高，建设过程中面临着许多技术难题。文章从青藏高原多年冻土区特点及主要工程问题，科技攻关工作与采取的措施，所取得的主要阶段性成就等几个方面，对如何更好解决在高海拔多年冻土区修建铁路这一难题，把青藏铁路建设成为“世界一流高原铁路”，进行了深入的阐述，同时提出了需要进一步深化研究的问题。 研究结论：文章经过系统分析和研究，查清了线路通过地区多年冻土的热稳定性、含冰量和不良冻土现象的分布和变化规律，为攻克冻土难题提供了可靠的基础工作保证。对路基工程提出了“主动降温、冷却地基、保护冻土”的设计思想、治理原则和具体工程结构类型。     

青藏铁路楚玛尔河地区复合路基地温状况分析

青藏铁路楚玛尔河地区广泛应用了片石气冷及碎石护坡复合路基结构,根据该地区复合路基与一般路基实测地温资料,对比分析了复合路基与一般路基的地温状况,研究2种路基结构保护多年冻土的效果。结果表明:(1)一般路基地温场整体向不利于冻土路基稳定的趋势发展,难以起到全面保护多年冻土的作用;(2)复合路基在降低地温和维护地温场对称性方面都具有显著效果,能主动冷却冻土路基,很好地保护多年冻土。     

列车荷载在高速铁路路基中传递规律研究

研究目的:为了进一步优化高速铁路路基结构、路基填料及各结构层的压实标准,采用有限元方法分别对单线、双线、四线列车荷载作用下高路堤的标准基床本体内的竖向应力的传递分析及不同深度平面内的竖向应力分布情况的分析,得出相应的应力传递及分布规律。研究结论:基床顶部的列车荷载,基本沿45°方向向下传递。当施加多线荷载时,将在基床底部区域产生叠加。列车荷载在基床底部平面内产生的竖向应力不是均匀分布的,而是呈中间大两侧小的曲线分布。当施加对称的列车荷载时,应力最大区域位于基床底部平面的中心。     

青藏铁路多年冻土区桥头路基变形原因及对策研究

桥头路基的变形问题是普遍存在的影响冻土区道路工程稳定的技术难题,结合青藏铁路多年冻土区桥头路基的变形问题,采用资料调研、现场调查、理论分析和总结等研究手段,对运营后多年冻土区桥头路基变形的特征及沉降原因进行分析研究,提出了通过改善地基多年冻土环境和优化桥头路基防排水系统等措施对桥头路基病害进行治理的方法。