冻土地区一种新型抛石护坡路基的研究

通常认为青藏铁路抛石护坡具有热二极管效应，可保护路基下的冻土。而实际情况是，在青藏高原昼夜温差比较大及高原强风的条件下，抛石护坡内发生的强迫对流将使传统抛石护坡的热二极管效应减弱或消失。应用数值仿真手段在理论上研究这种发生在抛石护坡内的强迫对流对4种传统护坡温度场的影响，即普通路基（边坡上只覆盖砂土层，无碎石层）、开放型抛石护坡、封闭护坡（碎石护坡上使用绝热材料），以及保温护坡路基（碎石护坡上加保温材料并以砂土覆盖）。研究结果表明：传统抛石护坡在高原强风的情况下，已基本失去通过主动降温来保护冻土的效果。就此，在研究中提出一种新型抛石护坡路基，即遮阳挡风型抛石护坡。经过数值仿真研究发现，这种新型路基不仅可很好地冷却地基，也可解决风砂填埋护坡和太阳辐射引起的阴阳坡问题。     

跨走滑断层隧道地震破坏特征与抗减震措施研究EI北大核心CSCD

针对跨走滑断层隧道设置套管式可变形抗减震措施开展了振动台模型试验研究。通过分析围岩与隧道结构的地震加速度响应、地震动应变响应以及隧道结构的震后破坏形态,以无抗减震措施和无断层为对比例,对在直立与倾斜走滑断层处设置的套管式可变形抗减震措施进行了系统研究。结果表明:隧道结构不跨断层时的破坏多由静力所致;无论隧道结构是否跨断层,即使采用抗减震措施,拱脚和仰拱的破坏均十分严重,应根据破坏机理对二者进行重点抗震加固;在实际工程中选用套管式可变形抗减震措施,宜将外套管设置在断层活动性较强的一侧,且让两套管共同承担断层的剪切作用能较好的发挥抗减震作用;在隧道结构选线阶段应尽量避免穿越断层或其他不良地质地段,保证隧道结构所在围岩介质的连续性,使隧道结构自身具备良好的抗震性能,胜过采用抗减震措施。研究结果有利于隧道结构新型抗减震措施的开发,以及为跨走滑断层隧道结构的抗震设防提供参考。     

通风管路基温度场神经网络预测模型

针对青藏铁路沿线冻土特性，对冻土通风管路基温度场约束空间进行了分析、简化。基于系统通风管路基温度场数值仿真分析结果，建立了面向工程设计人员的神经网络预测模型，并开发了相应的优化设计软件系统。该预测模型具有对时间、空间、活动层、布设方案等参数的独立与综合分析能力。同时，对模型的预测效果进行了检验。     

可调控通风管路基的降温效果

可调控通风管路基是一种理想的保护高温冻土的工程措施。针对青藏铁路高温冻土段存在的冻融问题,考虑太阳辐射和附面层对边界条件的影响,通过对传统和可调控通风管路基进行详细的数值仿真分析,结果表明:可调控通风管路基在夏季(8月份)0℃的等温线比传统的通风管路基要高,说明其冻土上限抬升较高,冻土会得到更好保护,并且其路基下面也不会出现融化盘;冬季(3月份)-4℃的等温线传递深度要比传统通风管路基深,其对路基基层冻土的降温速度和冷却效果要明显优于传统的通风管路基。     

跨断层隧道抗减震措施性能振动台试验研究

跨断层的隧道工程在中国高烈度地震区已经越来越普遍。针对目前土木工程抗震设计规范对跨断层隧道的不适用性,通过振动台模型试验研究了隧道结构常规与新型抗减震措施在地震动力荷载作用下的响应特性和破坏机理。结果表明：断层滑动装置在单体模型箱中模拟断层滑动状况良好;套管式可变形结构的抗减震性能最好;减震层可以提高隧道结构整体的耐震性能;减震缝通过提高隧道结构纵向自由度而减轻震害。分析了隧道结构在地震中发生破坏的初始位置与破坏过程,揭示了各种抗减震措施的作用机理。最后,将地震烈度与隧道结构破坏过程相结合,提出了各种抗减震措施的适用条件。为研发新型隧道抗减震措施与隧道抗震设防提供参考。     

冻土通风管路基的温度场分析与设计原则探讨

通风管冷却系统是一种普遍应用的防止冻土退化的工程处理措施。针对青藏铁路高温冻土路段通风管设计与施工中的基本问题 ,通过系统数值仿真试验结果 ,考虑了通风管管间距 ,通风管管径以及通风管埋设高度等因素对冻土路基温度场的影响 ,分析了通风路基在各种因素影响下的冷却效果 ,再考虑到通风管的变形与强度以及冻土路基的稳定性要求 ,提出了通风管路基的设计原则     

青藏铁路碎石路基最佳粒径的数值试验研究

冻土地区铁路碎石路基内的换热问题可以看成是多孔介质中的对流传导问题。本文假设碎石与路基内部的空气处于热平衡状态，且Boussinesque假定成立。依据多孔介质的质量守恒方程、能量方程及动量方程，并用有限元法离散，建立了碎石路基的数值模型。利用该模型对目前碎石路基设计所关心的几种主要粒径的降温效果进行了数值模拟。结果表明：9cm粒径的碎石路基降温效果最好，空气对流在整个碎石层内发生，碎石层上部温度场呈现非线性特征，路基底部的降温幅度可达1．18℃，空气流速为0．73m/h；而6cm粒径的降温效果次之，路基底部降温0．78℃，空气流速为0．21m／h：3cm与15cm粒径的降温效果较差，对流基本上在路基上部发生，路基底部的对流很弱，降温幅度分别为0．21℃和0．28℃，空气流速接近于0。初步的研究表明，9cm粒径的碎石在碎石路基设计中可优先采用。     

高温冻土区一种新型路基护坡的冷却机理研究

笔者提出的新型块石护坡-遮阳板块石护坡是一种人造自然对流换热的主动冷却地基的工程处理措施。块石护坡内部流体的自然对流换热可看作多孔介质的传热传质问题。本文基于大孔隙多孔介质的自然对流与传导方程,对护坡层厚度、路基高度、块石粒径的合理取值进行了系统数值试验研究,并在此基础上提出了优化设计原则与方法。