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。     

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。     

青藏铁路北麓河试验段块石路基与普通路基的地温特征

基于青藏铁路北麓河试验段块石路基与普通路基3个完整冻融循环周期内的地温数据,对比分析了两种路基下原天然地面处与原冻土天然上限处的地温变化过程以及路基不同部位下部土体的地温年际间变化过程。试验结果表明:块石路基下降温趋势明显且低于普通路基,原天然地面处低0.4～0.9℃,原天然冻土上限处低0.3～0.6℃。块石路基下部土体降温范围与降温幅度均大于普通路基,块石路基右路肩下部土体降温范围大于普通路基3 m,块石路基中心下部土体降温范围大于普通路基2 m。块石路基下部土体通过块石层与外界气体发生热交换强度不一致,右路肩下部最强,路基中心下部次之,左路肩下部最弱。     

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。     

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。     

块石通风性能实验研究

青藏铁路广泛采用的块石护坡和块石路基是通过空气对流降低路基的温度起到保护冻土的作用。块石的粒径、孔隙率、通风能力直接影响块石路基的空气对流作用。孔隙率试验测试结果表明:孔隙率与粒径大小有关,随粒径增大而增大。粒径0.10～0.25m的块石,孔隙率大致在38%～48%。通过风洞试验发现,块石层内风压梯度与风速存在非线性关系,与速度的平方成正比;阻力系数随块石粒径增大而减小。通过青藏高原天然风速条件下块石通风基础通风能力分析,块石层起到很好的通风作用。因此,对于温度场的计算,建议考虑块石路基中风的强迫对流作用。     

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。     

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。     

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。     

开放和封闭条件下块石结构路基下部土体降温效果差异

块石结构路基以其独特的冷却路基作用，正在发挥着良好的降低多年冻土温度作用。但块石结构层被风沙或积雪堵塞后，路基下部多年冻土降温效果变化一直是人们极为关注的问题。为此，开展了开放和封闭条件下块石结构路基下部多年冻土降温效果差异的现场试验研究，对比分析开放和封闭条件下路基下部土体温度的变化特征。试验结果表明，开放状态下块石路基具有较强的强迫对流效应，封闭状态下块石路基强迫对流效应较弱，这一差异导致了开放条件下，块石结构路基下部土体降温效果比封闭条件下要好得多。从路基下部0．5～1．0m深部土体温度来看，二者间夏季差别不大，冬季最低温度要相差5℃左右。从块石路基下部土体降温的影响深度来看，开放条件下土体降温的影响深度可达6．0～10．0m，封闭条件下土体降温影响深度仅为1．5～3．0m。