青藏铁路遮阳板措施应用效果观测研究

在青藏铁路的施工建设中,许多主动保护冻土的措施已经被采用,遮阳板就是其中之一.遮阳板措施的保温效果在应用只有1 a的时间里面就表现出来,在第1个冷暖季节过后,在遮阳板保护下的路基土体温度就较普通路基低,在路基左路肩部位(阳坡)低出3~5℃;在路基的左右护道、路肩孔和中心孔冻土上限抬升在1.0~1.7 m,平均抬升1.1 m.遮阳板措施对于保护路基冻土效果较其它主动保护冻土措施更快、更明显,是多年冻土区工程建设中主动保护冻土措施的首选措施之一.     

高温冻土区新型复合护坡降温机制研究

遮阳板碎石复合护坡是一种集碎石护坡和遮阳板护坡双重效用于一体的新型复合护坡结构,是一种很好的治理高温冻土区块碎石护坡路基病害的补强措施。基于遮阳板和块碎石单个工程措施降温机制的研究,通过对这种新型复合护坡路基的温度场和速度场特征以及降温过程的研究,提出新型复合护坡路基的降温机制。研究发现,封闭新型复合护坡的主要降温机制是：复合护坡中遮阳板有遮阳和挡风雪作用,碎石层有“热半导体”效应和“热屏蔽效应”（屏蔽遮阳板的二次辐射）;开放新型复合护坡的主要降温机制是：遮阳板有遮阳、挡风雪作用,碎石护坡有 “热屏蔽效应”（屏蔽热风和二次辐射）和“烟囱效应”,遮阳板和碎石护坡组合的通道有“虹吸效应”、“狭管效应”和 “烟囱效应”。研究成果完善和深化了新型复合护坡路基研究基础,而且对遮阳板和块碎石结构在青藏铁路或青藏公路中的应用提供科学依据和技术支撑。     

路基边坡遮阳板下风速变化模拟计算探讨

在青藏公路、青藏铁路以及青康公路等寒区路基工程中,为确保道路交通的安全通畅,各种主动保护多年冻土的工程措施也相应地应用到实际的工程中去,路基边坡遮阳板是主要措施之一.通过对不同净空遮阳板下风速的模拟计算,结果表明:遮阳板的净空高度以最低不小于20 cm,最高以不超过70 cm条件下风速达到最大值,对比实际工程,建议最佳高度以50 cm为宜.通过计算总结出遮阳板下风速变化与遮阳板净空及初始风速的半经验公式,为寒区工程路基边坡防护提供了参考依据.     

多年冻土区路基边坡遮阳板降温过程试验研究

基于室内的系统试验,试验条件下研究发现遮阳板对热辐射的遮挡是有效避免路基坡面升温主要的因素;遮阳板下空气对流换热可及时带走遮阳板本身及遮阳板辐射产生的热量,这是避免坡面升温的重要补充;遮阳板下空气的有效流动,可以将坡面温度保持在较一般地表温度更低的水平上.由于遮阳板对下部空气层的限制作用,在遮阳板下产生“烟囱效应”,由此使得遮阳板下的空气流速得以大幅提高.青藏公路遮阳板试验段观测资料证明,通过遮阳板在路基边坡的实施,可以降低整个坡面年平均温度约3.2℃,并较天然地表低约1.5℃.     

"冷却路基"方法在青藏铁路上的应用

青藏铁路穿越550 km多年冻土,其中约一半为高温多年冻土,其年平均地温为0~-1℃.青藏铁路是百年大计,必须考虑未来50~100 a的气候变化.在全球变暖的背景下,青藏铁路高温冻土段的建设必须改变单纯依靠热阻(增加路堤高度、采用保温材料等)的消极“保”温方法,而改用“冷却路基”的积极“降”温措施.青藏铁路的建设采用了一整套“冷却路基”的方法:通过遮阳板调控辐射;通过通风管、热管和气冷路堤调控对流;通过“热半导体”材料调控传导;通过这些调控方式的组合,加强冷却效果.这些方法均可有效地降低路基下多年冻土的地温,保证青藏铁路路基的稳定.     

青藏铁路多年冻土工程的研究与实践

青藏铁路建设需穿越高原多年冻土区, 在探明沿线多年冻土分布特征的基础上, 合理确定了青藏铁路线路的走向方案.在多年的冻土研究和工程实践的指导下, 有针对性地开展了 5 个不同类型冻土工程试验研究, 取得重要科研成果, 指导设计和施工.全面总结4 a来青藏铁路多年冻土工程的研究与实践, 提出了“主动降温, 冷却地基, 保护冻土”的设计思想, 制定了路基、桥涵、隧道成套工程技术措施和先进施工工艺, 对确保多年冻土工程质量发挥了重要作用.     

青藏铁路昆仑山口高含冰量冻土区路堑爆破施工工艺研究

在某些特定条件下, 高含冰量冻土区路堑暖季施工难以避免, 从而使得施工风险、施工技术与施工组织的难度均大为增加. 通过青藏铁路一典型工程实例, 介绍在暖季进行高含冰量冻土区路堑爆破开挖应遵循的基本原则, 以及所采用的爆破方案、技术与主要工艺措施, 并提出其施工技术的核心是突出一个"快" 字.     

青藏铁路多年冻土区路基变形裂缝发生机理及其防治

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.通过对青藏铁路多年冻土区试验工程和已经施工的路基工程所发生的变形裂缝的调查和分析,认为多年冻土区路基几何尺寸不对称和路基边坡坡向不同导致的路基人为上限形态不同,是造成多年冻土区路基温度场不对称以及基底土体冻结融化过程不同步的主要原因,也是造成路基变形裂缝的主要原因.文章在此基础上提出了减少或消除路基温度场不对称,从而减少或消除这类变形裂缝的主要工程结构形式和工程措施,作者的看法和结论已经在2003年青藏铁路冻土区路基工程设计和成形路基补强工程措施设计中得到广泛应用.     

青藏铁路多年冻土区桩基础施工中的混凝土温度控制问题

简要介绍了青藏铁路沿线多年冻土的工程特性和分布情况及其与桩基础工程间的相互影响,论述了在青藏铁路高原多年冻土区施工环境下, 被广泛应用的钻孔灌注桩在施工过程中的混凝土温度控制问题. 讨论了影响桩基回冻时间的各种因素以及混凝土入模温度控制在其中所占的地位, 提出了对青藏铁路相关施工规范中桩基混凝土部份温度指标进行适当调整的建议.     

青藏铁路多年冻土工程地质综合分类探讨

根据影响青藏高原多年冻土工程特性的地温分区和冻土类型，提出了冻土工程地质综合分类方法，结合青藏铁路多年冻土区工程设计和施工情况的实践，对铁路建设中如何应对全球气温变暖下冻土区工程安全提出了工程措施。     

基坑涌水量较大情况下边坡稳定性分析与支护研究

拟建场地位于六枝向斜轴部,裂隙发育,为向斜两翼地下水径流的汇水区。通过抽水试验,确定了水文地质参数,预算地下室开挖1m后,基坑的涌水量为4420.64m3/d。场地开挖后,形成的土质边坡高度为2～3.22m,岩质边坡为2.95～7.03m。由于地下水位埋深为3.00m左右,且基坑涌水量较大,因而地下水对边坡的稳定性影响较大.采用极限平衡法预测东部裙楼的南东面,当后缘裂隙充水高度大于0.57m时,边坡的稳定系数小于1.25,须强制支护,东、西部的稳定系数为2.58,边坡稳定,但仍需进行垂直支护;西部裙楼的南西面的稳定系数为0.83,属不稳定边坡,需进行降水和垂直支护。经过分析,确定基坑岩质边坡为70°,土质边坡为45°。提出了基坑支护方案和土钉墙的支护、施工要求。     

高海拔冻土地区公路路基风流场特征研究

风流场对于局地条件下地-气能量交换过程与强度影响显著,同时也是多年冻土区对流调控类冷却路基的关键环境边界。结合现场监测与数值模拟,对高海拔冻土路基周边风流场进行特征区划研究并考察路基高度的影响。结果表明：坡前扰动区为低风速区,3 m路基高度条件下迎风坡坡脚0.5~2.0 m高度范围内风速约为环境风速的30%。路基上部为高风速区,迎风坡路肩风速明显大于环境、路面中部及背风坡风速。背风坡坡后扰动区为低风速区,靠近坡脚区域受气流辐散效应作用形成涡旋区,整体风速仅为环境风速的30%。涡旋区水平范围随路基高度增加呈线性增加,3 m路基高度条件下涡旋区水平范围约为12 m。分离式路基即两幅路基并行条件下,受前幅路基影响后幅路基坡前风速下降明显,以两幅路基坡前风速差值不超过环境风速的10%（0.35 m·s^-1）为标准,3 m路基高度条件下两幅路基最小间距为60 m。因此,在路基工程的修建过程中为减少路基间的遮挡所造成的两幅路基间的对流换热强度差异,分离式对流换热类冷却路基的现场修建间距应不低于60 m。     

青藏公路边坡防护试验研究

The results brought out in the trials of slope protection along Qinghai-Tibet Highway are presented in this paper. The trials were carried out simultaneously at 5 sites in Qinghai-Tibet Plateau from 2000 to 2002. Altitudes at the experimental sites range between 4 240 m and 5 040 m. 4 sites are in permafrost area, and 1 site is in seasonally frozen ground. According to the trials of slope protection, vegetation is preferred to protect slopes along Qinghai-Tibet Highway. Road-GoodR, a chemical stabilizer, is proved as a good material for slope protection, and soil engineering system, combined with vegetative component and grade stabilization structures is proved as the best slope protection measure in these are as. The results showed that high-altitude areas at an altitude lower than 5 040 m, annual average temperatures higher than -5.6 ℃ and annual rainfall more than 262.2 mm, slopes can be protected using vegetative components.Trials for plant species selection proved that cold resistant grasses, Elymus nutans and Elymus sibiricus can be used for vegetation recovery along Qinghai-Tibet Highway. The results demonstrated that high-altitude areas at an altitude lower than 5 040 m, annual average temperatures higher than -5.6 ℃ and annual rainfall more than 262.2 mm, could be replanted. Hydroseeding proved to be a good planting technique, and mulch materials benefited vegetation recovery in such area.The experiment also proved that planting could improve slope stability, protect the ecological environment, and improve the roadside landscape.     

青藏铁路抛石护坡路基强迫对流特性数值分析

基于多孔介质中流体热对流的连续性方程、非达西流动量方程和能量方程,对强通风条件下青藏铁路典型抛石护坡路基内温度场和流速场的分布形态进行数值研究。研究结果表明,抛石护坡路基对多年冻土保护作用显著,抛石护坡路基的存在使夏季多年冻土上限明显提高,冬季抛石护坡路基下部土体回冻速度较天然地表下部土体更快,由于降温作用主要集中在护坡附近有限范围之内,对路基中部的降温作用相对较弱。整体而言,抛石护坡对冻土路基本体的保护作用有限,从长期降温效果来看,由于全球气候变暖的影响,强通风条件下抛石护坡路基中线以下土体的内部可能产生“似眼球状”融化夹层,不利于路基的稳定。迎风抛石护坡层中空气运动方向大致为沿护坡斜向上,背风抛石护坡层中空气运动方向以从下到上运动为主,抛石层内空气的运动形式为“绕流”,抛石层表面空气速度最大,内部较小,空气速度分布区间为1.24×10-3～12.8 m/s,数值结果与现场试验测得的风速区间基本一致。     

Variations in wind velocity and sand transport on the windward flanks of desert sand dunes

The magnitudes of increases in wind velocity, or speed-up factors, have been measured on the windward flanks of transverse and linear dunes of varying height. On transverse dunes, velocity speed-up varied with dune shape and height. For linear dunes, speed-up factors varied principally with wind direction relative to the dune, with dune shape and dune height. The main effect of velocity speed-up on the windward flanks of dunes is to increase potential sand transport rates considerably in crestal areas. This is greatest for large dunes, with winds of moderate velocity blowing at a large angle to the dune. Changing ratios of base to crest sand-transport rates on transverse dunes tend to reduce dune steepness as overall wind velocities increase. On linear dunes, the tendency for crestal lowering is counteracted by deposition in this area when winds reverse in a bi-directional wind regime.     

青藏高原公路路基周边风场特征风洞实验研究

路基高度是影响冻土路基工程热力稳定性的一个重要指标。同时,不同高度的路基对其周边风场的扰动也将不同,进而影响到局地的地-气能量交换过程。为揭示不同高度路基对其周边风场特征的影响规律及程度,基于风洞实验,研究了3种环境风速条件下青藏高原典型高度公路路基周边风场分布特征,并进行了量化分区。结果表明：路基坡前为流场减速区,不同高度情况下路基坡前减速区水平范围差异显著。10 m·s^-1环境风速条件下,3、4和5 m高路基坡前减速区水平范围约为1.8、2.2和2.5倍路基高度（H）。在路基坡前减速区0.3~1.1 m高度范围内,随环境风速增加,同一水平高度流场在靠近路基过程中风速的变化率呈下降趋势。路基上部为流场加速区,路肩处风速增长幅度与路基高度呈正相关。路基坡后为低速回流区,路基高度越大,低速回流区水平范围越大,10 m·s^-1环境风速条件下,3、4和5 m高度路基坡后低速回流区水平范围分别约为2.0H、3.0H和4.1H。低速回流区后,流场逐渐恢复到初始运动状态,其消散恢复区水平范围与环境风速密切相关,但与路基高度关系不显著,10 m·s^-1环境风速条件下,3、4和5 m高度路基坡后消散恢复区水平范围均约为9.8H。通过考虑路基高度对其周边风场分布的影响,可为块石、通风管、热管等冻土路基结构的设计和布局优化提供参考。     

Reliability analysis of soil nail walls

In India, soil nail walls are being extensively used for supporting vertical excavations below ground level to accommodate construction of one-or two-storied basements. Generally, the depth of excavations for basement construction ranges from 10 m to 15 m. For such large depth of excavation, variability of in-situ soil properties has significant influence on the stability of the soil nail walls. In the present study, using reliability analysis, an attempt is made to study the influence of variability of in-situ soil properties on the stability of soil nail walls. For better understanding, a case of 10 m high soil nail wall constructed to support a vertical cut is considered for the study and its stability is evaluated for various failure modes. Additionally, the influence of correlation among soil parameters on soil nail wall stability is assessed. In-situ soil friction angle and correlation between in-situ soil cohesion and angle of friction are found to influence soil nail wall stability significantly. In general, reliability analysis provided a better insight into the assessment of stability of soil nail wall.