蒸发条件下路基对气候变化的响应模型及影响因素分析

以受大气影响下的公路路基为研究对象,建立了蒸发条件下路基对气候变化的响应模型,该模型考虑了温度-水-应力的耦合作用,采用非饱和土实际蒸发量作为边界条件。采用该模型对大气蒸发条件下南宁某公路路基的蒸发过程进行了模拟分析,结果表明,用实际蒸发量作为边界条件的热-水-应力模型可以较好地模拟大气在蒸发条件下路基的响应过程。在蒸发过程中,水蒸气的扩散对路基的蒸发量和含水率的影响较大。通过用正弦波描述昼夜蒸发强度的变化,研究了天气的周期变化对蒸发过程的影响,可以看出,天气周期变化对表层影响很大,但影响的深度有限。天气周期变化影响下的表层含水率并不是单调减小,而是随着蒸发强度的变化有一个干湿过程。     

干湿循环下石灰改良膨胀土离心模型试验研究

为研究南宁石灰改良膨胀土高铁路堤在干湿循环作用下的工程特性,运用相似原理,以室内离心模型试验为主要手段,对路堤模型进行三次干湿循环试验,探究土压力、吸力、含水率、温度等随时间、深度及干湿循环次数变化的规律。研究表明:在离心模型试验中,自行推导建立的蒸发相似关系对蒸发时间和强度的控制适用可行,效果良好;路堤边坡变形与含水率变化密切相关,蒸发过程中产生少量裂缝,最大宽度不足2 mm,降雨过程裂缝消失;三次干湿循环后路堤整体变形不明显;土压力、吸力、含水率、温度随时间和深度等具有明显的变化规律,随深度增加大气影响减弱,试验测得其影响深度为8.0 m。研究结果可为现场石灰改良膨胀土高铁路堤施工提供一定参考,具有良好的工程应用价值。     

列车荷载作用下冻土路基中的动应力计算研究

冻土路基在列车荷载作用下的动力响应是一个复杂的热、力相互作用过程,又是一个急需解决的实际工程难题. 应用冻土物理学、冻土力学、传热学等基本理论建立冻土路基的动力分析模型,以青藏铁路某普通路基典型断面为例,对冻土路基在列车荷载作用下的动力响应进行了数值模拟,并系统的分析了路基内动应力、位移、加速度等动力响应特点. 结果表明：普通路基修筑后,在路基及其下部地基中将会产生大片力学性质不稳定的高温冻土层;在列车荷载作用下,路基内土体产生竖向加速度,随着深度增加,加速度波动范围减小,路基顶面中心点加速度波动范围比路基底面中心点大一个量级. 路基竖向位移由道砟中心向内部呈圆弧状逐渐减小,整个分布关于路基中线对称;在不同季节的路基上施加列车荷载时,路基顶面的动应力差异不大,但路基底面的动应力差异达7.5 kPa. 不同季节的路基内动应力随深度的衰减曲线不同,路基表面以下2 m和大于15 m的深度范围内,差异较小;2~15 m的范围内,差异较大.     

合肥地区膨胀土路基处置深度问题探讨

采用统计分析气候资料和现场测试含水率的方法,对合肥地区大气影响深度进行了研究,其结果表明,按气象资料统计分析法计算的大气影响深度比实际值小。在此基础上,建议按膨胀力与零膨胀率的相关性来确定膨胀土路基处置深度。通过合肥地区18个代表性土样的膨胀力试验,给出了膨胀力与零膨胀率的相关曲线,为膨胀土路基处置深度的确定提供了可靠的依据。最后,给出了合肥地区膨胀土路基不同结构部位处置深度的建议。     

风化千枚岩填筑路基湿化变形现场试验分析

为了分析千枚岩填筑路基浸水后的稳定性,对十堰至天水高速公路安康东段路基的湿化变形及回弹模量进行现场测试。在对风化千枚岩填料物理力学性质分析的基础上,提出路基填筑方案：加州承载比CBR>3%的风化千枚岩填料直接填筑路基;CBR<3%的风化千枚岩填料外掺3%水泥改良后填筑路基。通过对现场试验路进行浸水前后的承载板测试,分析浸水量、浸水时间对湿化变形、变形率及路基回弹模量的影响;结合不同深度含水率的测试,分析了测试点含水率和渗水深度与湿化变形的相关性。研究结果表明：浸水量和浸水时间是影响路基渗透深度和含水率的关键因素,未改良路基湿化变形受浸水影响比改良路基要明显;浸水量和浸水时间都相同的情况下,未改良路基浸水后回弹模量衰减比改良路基大     

不同气候条件下膨胀土路基中温度变化规律试验

用广西南友路(南宁—友谊关)宁明地段中等膨胀土和湖南常张路(常德—张家界)慈利地段弱膨胀土作路基填料,按90%的压实度填筑路基,在不同的排水、路基边坡坡度条件下,进行了8组膨胀土路基模型在积水、阴天、日照和降雨4种环境下的模拟试验,得出了膨胀土路基中温度的变化规律:①膨胀土路基中的温度与路基填料、路基土的压实度、排水边界条件和路基中的含水量等密切相关。②膨胀土路基在积水、阴天、日照和降雨4个阶段中,日照阶段对路基温度的变化影响为最大,温度升高最大值为5 5℃;其次是降雨,温度降低最大值为3 5℃;阴天影响最小,温度变化幅度在±0 5℃范围内。③路基中温度的变化与含水量的变化相对应。当含水量增大时,温度相对降低;当含水量降低时,温度相对升高。④大气影响深度为2 5～3m,在此范围内,越靠近膨胀土路基表面,温度变化幅度越大。     

斜坡降雨入渗的改进Mein-Larson模型

土壤初始含水率分布是影响湿润锋下移的重要因素之一.传统的降雨入渗模型仅假定初始含水率均匀分布,并没有考虑非均匀分布的情况.以Mein-Larson降雨入渗模型为基础,假定初始含水率随垂直于坡面方向深度呈线性分布,推导了一种新的滑坡降雨入渗函数,弥补了原模型只能用于初始含水率均匀分布情况下的不足.研究结果表明:初始含水率分布对湿润锋下移有较大影响,在初始含水率呈线性分布的情况下,坡体表面含水率越大,含水率随垂直于坡面方向深度的变化率k值越接近零,湿润锋下渗速度越快,当k=0时,新模型退化为Mein-Larson降雨入渗模型,证明Mein-Larson降雨入渗模型是新模型的一个特例.与有限元法得到的结果对比表明,提出的降雨入渗新模型计算的湿润锋下渗深度与数值解结果相接近,证明了该方法的可靠性.      

北京大气气溶胶中硫酸盐的硫同位素组成及其示踪研究

<正>近年来,随着经济快速发展,北京大气污染加剧,雾霾日趋严重。大气气溶胶能够显著影响区域能见度,对一个区域的经济发展和生活质量有较大影响。硫酸盐是大气气溶胶中重要的一部分,尤其是直径小于2.5μm的气溶胶。硫酸盐气溶胶通过改变辐射平衡、温度、降雨和大气动力学而影响气候,同时也能够影响地球辐射收支平衡以及臭氧浓度。硫同位素作为一种示踪剂,在环境科学中得到广泛应用。利用硫同位素技术能够使我们更好地理解硫酸盐气溶胶的来源及其迁移转化机理,对治理和改善大气环境十分必     

支持向量回归算法在土体含水率AHFO测试中的应用研究

主动加热光纤法(AHFO)可实现土体原位含水率的分布式测量,但受场地复杂环境的影响,现有含水率计算模型解译获得的测试结果容易发生较大误差。本文在试验研究的基础上,探究了土体干密度对AHFO法含水率计算的影响,并将支持向量回归(SVR)算法引入含水率的计算模型中,与传统计算模型进行了对比。研究结果表明：土体干密度是影响含水率计算模型精度的重要因素,干密度波动越大则传统计算模型的计算误差也越大,土体较高含水率下会降低计算模型的敏感性;与传统的含水率计算模型相比,考虑干密度影响的径向基核支持向量回归方法具有更高的计算精度,建议在含水率AHFO法的测试中推广应用。     

车辆荷载作用下风积沙和砾类土低路堤响应差异性研究

风积沙和砾类土是新疆绿洲–荒漠区常用的路基填料,为探明车辆荷载作用下风积沙和砾类土低路堤应力和应变响应的差异,分别采用风积沙和砾类土作为填料建立低路堤1∶1足尺模型,进行了地基含水率分别为18%、23%和28%的静载、短时动载和长时动载作用下低路堤模型试验。试验结果表明,长时动载作用下低路堤应力和应变最大,短时动载作用下应力和应变最小。静载、短时动载和长时动载作用下砾类土和风积沙低路堤的应力均随着深度的增加而衰减,砾类土低路堤衰减速度较快。距路基顶面0.6~1.0 m处存在应力响应分界点,路基顶面至分界点段砾类土低路堤的应力大于风积沙低路堤,分界点以下风积沙低路堤的应力大于砾类土低路堤。砾类土低路堤各结构层的应变均小于风积沙低路堤,随着地基含水率的增加风积沙低路堤地基部分应变增加值较大。     

高铁荷载下桩承式路基动力响应及土拱效应研究

土拱效应的作用机制是桩承式路堤荷载传递的关键性技术问题,然而高铁荷载作用下桩承式路堤中土拱效应的研究尚不充分。基于高铁设计规范的相关内容,建立了高铁荷载作用下桩承式路堤三维有限元分析模型,并采用已有研究结论验证了数值模型的正确性。根据该数值分析模型,首先分析了高铁荷载作用下路基的动力响应,研究了高铁荷载作用下道床和路堤不同位置处的竖向位移随时间的变化规律,以及路基中速度与加速度沿深度的分布规律。研究发现：道床和路堤表面处的竖向位移随时间变化呈倒“M”型周期变化,而路堤底部处呈“V”型周期变化;速度与加速度在路基深度范围内衰减了80%。通过变化桩间距、路堤高度以及路堤材料参数,分析其对高铁荷载作用下路堤应力和沉降发展规律的影响,进而分析其对土拱效应的影响。研究结果表明：动载作用下土拱效应依然存在,但有所减弱,动载峰值作用下减弱程度最大,谷值情况下有所恢复;桩间距和路堤高度对高铁荷载作用下桩承式路堤中土拱效应的影响较为明显,而路堤填料内摩擦角和剪胀角的影响则相对较小。     

新型桩板结构对高速铁路软基沉降控制作用离心试验

在CFG、PHC等刚性桩桩顶加设50 cm厚筏型钢筋混凝土形成板桩板结构控制深厚软土路基沉降,是高速铁路建设中提出的新型地基处理形式,以满足高标准铁路路基变形要求。通过对群桩处理的深厚软土路基在有无钢筋混凝土板时路基沉降的离心模拟,重点研究了钢筋混凝土板对路基沉降的控制作用以及桩、板与土体之间的相对变形。试验结果表明,在群桩处理地基上部铺设一定厚度的钢筋混凝土板,可以使路基整体沉降减小12 %,并使路基整体沉降更加均匀;桩端平面上部1/3桩长范围内土体由软塑状态转变为硬塑状态,密度和含水率变化显著;加载作用对路基变形影响深度大于40 m。     

全风化花岗岩改良土路基的长期稳定性试验研究

全风化花岗岩用于高速公路填料已有成功的案例,但由于高速铁路路基变形控制更为严格,能否用于高速铁路路基填料还没有得到实体工程的验证。基于全风化花岗岩及其改良土的工程力学性质和变形特性,使用PMS-500型循环加载设备对全风化花岗岩改良土路基实体工程进行了现场循环加载试验研究,模拟分析了不同轴重列车荷载长期循环作用下浸水前后全风化花岗岩改良土路基的动态特性及沉降规律和其下雨前后路基性状变化。试验结果表明,全风化花岗岩改良土路基经过500万次列车模拟动荷载作用后,即使经历了如雨水长期浸饱路基的最为恶劣工况,最终沉降量不超过7.0 mm,证实了全风化花岗岩经过改良后能满足高速铁路变形控制的设计要求,可用于高速铁路的基床底层及路堤本体填料     

Conversion relationship of rainfall-soil moisture-groundwater in Quaternary thick cohesive soil in Jianghan Plain,Hubei Province,China

The scientific field test site of rainfall-soil moisture-groundwater conversion in Dabie Mountain Area–Jianghan Plain is located in the northern region of the Jianghan Plain, the transition zone between the Dabie Mountain Area and Jianghan Plain. It’s a great field test site to study the material and energy exchange among rainfall, soil moisture, and groundwater of the Earth ’s critical zone in subtropical monsoon climate plain areas. This paper analyzed the connection between rainfall and volume water content (VWC) of soil at different depths of several soil profiles, and the dynamic feature of groundwater was discussed, which reveals the rainfall infiltration recharge of Quaternary Upper Pleistocene strata. The results show that the Quaternary Upper Pleistocene aquifer groundwater accepts a little direct rainfall recharge, while the lateral recharge is the main supplement source. There were 75 effective rainfall events among 120 rainfall events during the monitoring period, with an accumulated amount of 672.9 mm, and the percentages of effective rainfall amount and duration time were 62.50% and 91.56%, respectively. The max evaporation depth at the upper part in Quaternary cohesive soil was no less than 1.4 m. The soil profile was divided into four zones: (1) The sensitive zone of rainfall infiltration within 1.4 m, where the material and energy exchange frequently near the interface between atmosphere and soil; (2) the buffer zone of rainfall infiltration between 1.4 m and 3.5 m; (3) the migration zone of rainfall infiltration between 3.5 m and 5.0 m; and (4) the rainfall infiltration and groundwater level co-influenced zone below 5.0 m. The results revealed the reaction of soil moisture and groundwater to rainfall in the area covered by cohesive soil under humid climate in Earth ’s critical zone, which is of great theoretical and practical significance for groundwater resources evaluation and development, groundwater environmental protection, ecological environmental improvement, drought disaster prevention, and flood disaster prevention in subtropical monsoon climate plain areas.     

非饱和路基土水分运移的室内试验研究

模拟路基填土的实际情况,研究设计了不同表面辐射温度和降雨强度的非饱和土水分运移的室内试验方法。通过测定土样在相应边界条件下土体不同深度位置的含水率随时间的变化,揭示了温度、压实度、降雨强度3个因素对非饱和土水分运移影响的规律,据此探讨了路基填土的水分运移规律,认为提高压实度能显著减少水分运移变化。     

基于强度分区的膨胀土路堤稳定性及土工格栅处治效果分析

由于填筑密实度、含水率的差异,整个膨胀土路堤内存在以含水率和干密度为特征的强度分区,且路堤表层土体由于直接受大气、降雨作用,温度、湿度变化频繁,胀缩变形剧烈,裂隙发育,强度将剧烈衰减。但该实际存在的强度分区一般在稳定性计算中多被简化为均质体而不能反映实际情况。强度分区法则考虑大气和气候影响以及路堤内压实度差异,并综合考虑土工格栅的作用。基于强度分区的膨胀土路基边坡稳定性的分析结果表明,强度分区法更能反映路堤土体强度差异的实际情况,能真实地体现改性处治和铺设土工格栅对路堤稳定的贡献,具有显著的优点。对于素填土膨胀土路堤,边坡表层容易发生局部浅层滑动,进而诱发和牵引发生深部滑动破坏;石灰改性后虽能提高路堤稳定性,但表层局部稳定性安全储备并不宽裕,尚未彻底根除安全隐患。土工格栅虽对整体稳定性贡献不大,但可显著提高局部稳定性,并有效地消除膨胀土路堤边坡浅表滑塌的隐患。     

结构型式对寒区高铁路基冻结特征影响试验研究

哈尔滨至大连客运专线是我国在中-深季节冻土地区设计、建造和运营的第一条高速铁路,其独特的工程地质条件以及在低温环境下线路的苛刻要求引发的工程需求对寒区路基的稳定性问题提出了新的严峻挑战。通过在不同冻深区选择典型性路基断面,以用来监测路基的稳定性和冻结特征。并通过对运营后第1个冻融期内的监测数据分析发现,路基的结构型式对寒区高铁路基的冻结特征有着显著的差别性影响和制约作用。结果表明：对比路堑段的中部及其临近路堑进出口处的路堤段,路堤段存续有较长时间和较厚的冻结夹层,其堑-堤地温差值也随着纬度的增加而增加。同时发现在4月份的路基中存在有一定厚度的高温冻结夹层。而同一区域内,路堑的最大冻结深度要较路堤的冻结深度浅20～50 cm,但相反的是,路堑的最大变形却较路堤的要大2～5 mm,这种差值越向北越明显。同时在春融期内,路堑段的冻深变化速率在0上下剧烈波动,此时变形产生了突变式上升,而路堤段的冻深变化速率却在负值区内变化,变形并未发生明显的突变。     

渭河流域西部季节冻融对浅层非饱和土壤水热变化的影响

以黄土高原渭河流域西部黄土丘陵沟壑区为研究区域,建立了野外观测场地,对该区域浅层非饱和土体冻融过程及水热运移规律对气候作用的响应过程进行了研究与分析。结果表明：气温对地温及地温变幅的影响随深度增加而迅速衰减,地温振幅随深度增加按指数规律衰减且温度波的相位随深度的增加而滞后,地表下200 cm深度以内地温振幅受气温影响较大。该区域裸露地表土壤的最大冻结深度在20～50 cm之间。在土壤冻结过程中,深层土壤未冻水逐渐向冻结层运移,导致深层含水量逐渐减少。不同深度土壤冻结系数随土壤深度的增加而减小,融化系数则相反。地表下50 cm深度以内的土体含水量受降水影响波动显著。土壤含水量与温度呈相似变化,地温峰值出现的时间总滞后于土壤水分,其变异程度均随土壤深度的增加而减小。     

季节冻土区高速铁路路基冻胀监测系统及冻胀规律研究

季节冻土区修建高速铁路的主要问题是路基冻胀. 依托我国东北、华北多个高速铁路路基冻胀监测工作实践,研究了一套冻胀监测系统的构建方法并成功应用于哈齐客专、大西客专、牡绥线等路基冻胀监测工作中. 综合监测成果,对高速铁路路基冻胀规律进行了分析,对冻胀原因进行了总结. 结果表明：冻胀监测系统应充分考虑严寒、低温、高速条件下,利用先进传感器及物联网技术来实现各子系统集成;季节冻土区铁路路基冻胀存在一定规律可循,季节冻土区铁路路基冻胀不可避免但是可控. 填料质量是防冻胀控制的根本,施工质量过程管控是基础保障.