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。     

冻融循环对压实黄土湿陷变形影响的过程和机制

为研究冻融循环对压实黄土湿陷变形影响的过程和机制,对压实黄土进行补水条件下的冻融循环试验,测试了冻融循环前后压实黄土的温度、水分、变形、干密度、孔隙比和湿陷变形。结果表明:反复的冻融循环引起了压实黄土反复的冻胀和融沉变形,土样中水分不断增加且向中上部聚集,干密度减小,孔隙比增加,最终导致黄土湿陷变形增加;冻融循环和增湿作用引起的压实黄土结构疏松和强度弱化是黄土地基和路基湿陷变形增加的主要原因。研究成果为季节冻土区黄土湿陷产生的原因和机制研究提供了一种新的思路和解释,为黄土湿陷灾害防治提供了科学依据。     

冻融循环对季节冻土区黄土路堑边坡的影响

季节冻土区黄土路堑边坡经常出现的剥蚀病害,造成了严重的水土流失,污染了环境,同时也破坏了道路景观,影响了道路的正常运营。针对这一问题,在平凉至定西高速公路三处路堑边坡设置自动气象站,对黄土路堑边坡不同深度(5cm、20cm、50cm、100cm)土体的温度和含水率(体积)进行长期(2年)观测,试验(观测)发现即使在气温较低的冬天,边坡表层土体仍然存在冻融循环作用,从而引起边坡表层土体内含水率的变化。根据这一结果开展室内强度试验,发现冻融循环和由冻融循环引起的干湿循环会使原状黄土强度下降,表层土体疏松。现场观测和室内试验结果都表明冻融循环是导致季节冻土区黄土路堑边坡剥落的重要原因。此外,通过在平定高速公路的工程实践证明植被防护是一种有效的坡面防护型式。     

高温冻土区填土路基的地基融化固结变形分析

针对青藏铁路高温冻土区普通填土路基的融沉变形,基于拉格朗日法描述的大变形固结理论及考虑相变作用的路基传热理论,对高温冻土区不同高度填土路基的温度场和地基融化固结变形进行计算分析,并与现场监测结果进行对比。温度场分析结果表明,高温冻土区4和6m高填土路基在短期内可使冻土上限略微抬升,但下伏多年冻土存在缓慢升温过程,其升温幅度每年约为0.02℃左右;随着气候逐渐变暖,填土路基下冻土上限在后期会逐渐下降,且填土路基高度越小则上限下降量越大,最终在路基下部形成融化盘。融化固结变形分析结果表明,填土路基沉降变形表现出季节性,即暖季沉降变形发展迅速,冷季发展缓慢,发展趋势与现场监测结果吻合良好;在给定的地质条件下,2,4和6m高填土路基在竣工50年后其沉降变形量分别为255.2,470.4和689.7mm,即沉降变形量与其高度呈正比,且高填土路基沉降变形的季节性更显著;填土路基高度和多年冻土的含冰量是影响填土路基沉降变形的主要因素。