青藏高原多年冻土区冷却路基技术现场实效监测研究

以青藏铁路现场实体工程为背景，选用块石路堤、块石护坡和通风管路堤主动冷却措施进行现场实体工群试验，通过对路基内温度场的监测，研究这些措施对保护冻土的作用及效果。分析结果表明，2个冻融周期后，块石护坡路基、通风管路基和块石路基均具有一定的调节降温作用，有利于下覆多年冻土的保护。但是冻土上限的抬升需要消耗下部土体的冷能来实现，说明冻上路基温度场还处于不稳定阶段。     

柴木铁路多年冻土路基工程措施效果对比研究

为保护多年冻土区铁路路基稳定性,青藏铁路采用了诸如通风路基、块石路基、热棒等一系列主动保护措施,这些措施为保证青藏铁路路基稳定性起到了很好的效果。为研究这一系列主动保护措施在高温、高含冰量沼泽湿地多年冻土区的应用效果,本文选取年降水量较大、地温较高的柴达尔—木里铁路(柴木铁路)江仓段(DK92+000～DK99+500)作为观测场,该观测场主要采用了块石路基和热棒两种主动保护措施。通过分析块石路基、热棒路基及无措施路基试验断面2007年至2010年的测温结果,结果表明:在高温、高含冰量沼泽湿地多年冻土区,铁路路基采用块石路基、热棒措施对保护其下部多年冻土较无措施路基作用明显,块石路基和热棒路基试验断面下多年冻土上限抬升、地温降低,同时,对东南—西北向路基采用左侧两排、右侧一排热棒的不对称布设方式起到消除路基下部温度场不均匀性的作用。     

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。     

基于突变级数法的块石结构路基降温效果评价

为综合评价块石结构路基的降温效果,以青藏铁路北麓河试验段块石护坡加厚路基、封闭块石护坡路基、开放与封闭块石基底路基和U型块石路基为研究对象。从冻土内部因素、外部因素2个方面出发,选取13个因子作为底层评价指标,采用突变级数法对块石结构路基的降温效果进行评价,建立由4个层次结构组成的块石结构降温效果评价模型。结果显示,评价结果与实测结果基本一致,评价结果能够较为准确地反映块石结构路基降温效果的强弱。在工程设施完成之初,块石护坡加厚路基易受工程热扰动影响,表现为弱降温效果;在地温变化达到相对稳定后,由于不同块石结构路基降温机制存在差异,U型块石路基、开放块石基底路基为强降温效果,封闭块石基底路基降温效果较强,块石护坡加厚路基、封闭块石护坡路基降温效果一般,其中U型块石路基的评价值大于0.97,降温效果最强。     

基于演化分析的多年冻土区路基补强后力学稳定性评价研究

在高温、高含冰量多年冻土区，普通路基受多年冻土退化的影响而产生显著的沉降变形，需要对它们增设块石护坡、热棒等冷却措施进行补强以提升路基的热、力学稳定性。为评价不同类型措施的补强效果以及路基补强后的力学稳定性，基于青藏铁路多年冻土区沿线6个经过补强的监测断面，通过分析历史变形数据评价块石护坡–热棒复合措施及单一块石护坡措施的补强效果，然后利用Verhulst模型和指数曲线法演化分析其中3个变形较大的断面的沉降过程，以评价其长期力学稳定性。结果显示：普通路基在增设块石护坡–热棒复合措施或单一块石护坡措施之后，变形速率会有效减缓，而复合措施补强效率更快，效果更显著。在存在含土冰层的多年冻土区，采用复合措施进行补强可以显著提升路基的力学稳定性，而单一块石护坡措施可以一定程度上减缓路基变形速率，但对路基长期力学稳定性的提升能力相对较弱。此外，在路基左右两侧铺设不同厚度的块石护坡层可以缓解阴阳坡效应。研究旨在加深对多年冻土区路基补强措施强化效果的认识，为路基的维护与补强提供科学依据。     

青藏铁路多年冻土区路基草皮护坡试验研究

为研究草皮护坡在多年冻土区路基边坡工程中的应用效果,在青藏铁路沱沱河地区进行了草皮护坡结构的试验研究,研究结果表明,移植草皮护坡,在多年冻土区路基边坡工程中是比较好的防护措施,能够起到防护路基边坡的作用。     

青藏铁路冻土区开放块石护坡路基降温机制研究

开放块石护坡路基是青藏铁路所采取的冷却地基保护冻土的一种主要措施。针对青藏铁路北麓河试验段现场的气温条件和地质条件,对北麓河试验段开放块石护坡路基在昼夜间和冷暖季的温度场、速度场和热流量进行分析和研究,探讨其降温机制。研究结果显示,块石护坡在暖季夜间存在一定的降温效果;块石护坡暖季由于遮阳作用存在热屏蔽效应,冷季放出的热量大于暖季吸收的热量,有利于保护冻土;块石护坡的主要换热方式是强迫对流换热,自然对流换热较少;块石护坡降温效果产生的主要机制是块石护坡的遮阳作用和块石护坡内空气在昼夜间、冷暖季流动速度的差异而引起的不平衡强迫对流换热。     

青藏铁路块石路基结构的冷却效果监测分析

块石路基是青藏铁路积极保护多年冻土极为重要工程措施之一,60%的高温高含冰量路段采用了这种工程措施。通过对青藏铁路沿线块石路基下部土体温度监测分析,块石路基正在积极地发挥冷却路基的工程效应,极大地促进了多年冻土上限的抬升,但也引起了多年冻土温度升高。多年冻土温度升高随着工程热扰动的降低和块石路基"冷量”积累,已逐渐被抑制。然而,对于低温多年冻土来说,块石路基下部多年冻土上限附近温度有了较大的“冷量”积累,多年冻土正在朝着有利于热稳定方向发展。对于高温多年冻土来说,尽管多年冻土上限也得到了较大幅度的抬升,但升温过程和土体年收支的不平衡都在朝着不利于多年冻土热稳定方向发展。块石路基结构在高温多年冻土区适应性问题仍值得讨论,应采取相对应的补强措施,确保高温多年冻土区路基稳定性。     

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。     

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。     

青藏铁路块石护坡温度场及路基冷却作用机理分析

主要通过非正线实体工程试验段块石护坡层内热量传递过程监测,对块石护坡结构冷却路基的作用机理进行研究。研究结果表明,块石护坡结构具有隔热保温和空气自然对流效应。随着气候条件昼夜温差和季节性温度变化,块石护坡层内隔热保温和自然对流效应表现出了昼夜、季节性交替组合过程,这一交替组合过程引起了块石护坡层内热量传递过程变化,从而影响块石护坡下部多年冻土热状态。路基下部土体热状态分析表明,块石护坡结构能够有效地降低路基下部土体温度。     

透壁式通风管–块石复合路基降温效果模型试验及数值模拟

为研究透壁式通风管–块石复合气冷路基的降温效果,针对年均气温-3.5℃,平均风速2.5 m/s,主导风向为西北方向的高原环境条件开展了室内模型试验,对比分析了单一块石路基和透壁式通风管–块石复合路基的孔隙空气对流速度、特征点地温及模型整体温度场变化过程。试验结果表明:在透壁式通风管的疏导作用下,通风管与块石层复合结构能够起到强化路基体对流的效果,复合路基块石孔隙中的空气流速比单一块石路基提高约20%,使得复合路基模型底部的降温幅度是单一块石路基模型的2.2倍。建立了透壁式通风管–块石复合路基数值计算模型,对通风管内空气流速分布、路基温度场变化进行了预测分析。结果表明:空气流速在通风管中心达到最大值4.06 m/s,在管壁处流速出现跃变陡降,在块石介质区域里速度的数量级为10-1,与室内试验的结果较为一致。模型试验和数值计算结果均表明复合路基能够起到储存冷量、降低下伏多年冻土地温的作用。     

块石路堤上覆砂砾石厚度对冻土路基冷却效果的影响研究

用数值模拟的方法得到不同上覆砂砾石厚度的块石路堤及普通路堤作用下铁路路基的温度场,通过对比分析显示:块石路堤相对于普通路堤能明显提高路基下多年冻土上限,降低多年冻土地温,有较强的主动制冷作用;块石上覆砂砾石厚度的增加,会减弱块石的制冷作用,降低路基多年冻土上限;当砂砾石大于某一厚度时,中部一定范围的块石几乎丧失主动制冷能力,多年冻土地温逐渐升高,这对路基稳定及冻土保护极为不利。考虑全球气候变暖趋势及高路堤带来的高荷载影响,建议块石路堤上覆砂砾石不要太厚,应寻求制冷与多年冻土上限抬升两者兼得的最优厚度。     

青海省共和－玉树高速公路沿线典型冻土路基保护多年冻土效果的初步分析

 基于青海省共和—玉树(共玉)高速公路修筑初期的地温监测资料,对3种典型冻土路基措施,即保温路基、块石路基和通风管路基下部浅层(0～4 m)地温、深层(4 m以下)地温以及多年冻土人为上限变化情况进行对比分析,研究路基修筑初期下伏多年冻土的变化过程,并且对各种路基技术措施的效果进行比较。监测结果表明,对浅层地温,保温路基左右路肩处一定深度有降温,块石路基仅在右路肩有降温,通风管路基左右路基及中心孔均有较大范围的降温,3种措施均面临不同程度的阴阳坡热不对称问题,以保温路基最为显著;深层地温均有升高的趋势,相同深度下保温路基升温幅度最大,块石路基次之,通风管路基最小;多年冻土人为上限均有显著抬升,并有继续抬升的趋势。初步监测结果显示了保护多年冻土措施的3种路基结构均具有一定的效果,由于道路修筑时间较短,冻土路基的长期效果还需要进一步的监测分析。     

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。     

片石护坡保护多年冻土填土低路堤稳定性分析

介绍了青藏铁路多年冻土低路堤的概念,以唐古拉山低路堤为工程背景,从坡面温度、基底地温和上限变化三个方面比较分析了片石护坡的作用效果,认为片石护坡达到了保护冻土低路堤的目标。     

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。     

既有东北铁路多年冻土区路基病害整治效果研究

既有东北铁路牙林线、嫩林线多年冻土区路基病害严重,借鉴青藏铁路建设的成功经验,利用热棒、保温板及保温护道等综合防治措施进行了路基病害整治。针对牙林线北段试验工程,利用观测断面实测地温资料对试验段综合防治措施效果进行分析。分析表明:防治措施效果明显,有效控制了路基下伏多年冻土地温,冻土上限明显抬升,对保证铁路正常运营发挥了积极作用。     

我国青藏铁路建设解决三大世界难题

青藏铁路建设面临世界性三大难题，即多年冻土、生态环保、高寒缺氧等问题。青藏铁路自开工建设以来，建设者高度重视青藏铁路冻土攻关难题，先后安排了上亿元科研经费用于冻土研究。我国科学家采取了以桥代路、片石通风路基、通风管路基、碎石和片石护坡等冻土层保护措施。目前，这些措施十分有效，冻土攻关取得重要进展。     

碎石护坡厚度对冻土地区路基稳定性的影响

结合实际工程课题，对多年冻土地区不同结构尺寸的碎石护坡对抬高人为上限维护路基稳定性作用差异进行了探讨，并初步提出了碎石护坡最佳结构尺寸。