保温法保护多年冻土的长期效果分析

通过分析青藏公路昆仑山越岭地段保温材料(EPS)试验段的地温观测资料发现:结果表明:路基中的保温板近8 a来工作正常,大大减小了保温板下土体温度较差.试验段施工完成12 a来EPS保温板的导热系数没有发生大的改变,车辆荷载、水分和冻融循环等对其影响较小.保温路基段天然孔的年平均温度升温速率比对比段天然孔大,但保温路基下多年冻土近7 a来的升温速率均小于对比段.计算结果证明,路基中铺设的保温材料,可以使进入路基的热交换量大为下降,并使进入路基活动层的热量每年减少近3/4.最后,基于年平均气温,用有限元方法给出了青藏公路多年冻土地区保温法的适用范围.     

牙林线多年冻土区路基冻融病害整治工程效果模拟

既有东北铁路多年冻土区路基病害严重,为保证既有铁路的正常运营,综合运用多种防治措施进行了路基病害整治的试验研究。牙林线北段试验工程含274K500m~275K000m、275K460~276K000m两个路基试验段,该试验工程综合运用了XPS保温板、EPS保温板、热棒、保温护道等积极有效的防治措施。本文针对牙林线北段试验工程段,结合现场实测地质资料和气温资料,利用有限元分析软件对该试验段路基病害整治效果进行了数值分析研究。     

青海省共和-玉树高速公路新建块石路基下的温度状况分析

块石路基是多年冻土区应用最为广泛的多年冻土路基形式. 为了研究多年冻土区修筑高速公路后块石路基的效果,选取青海省新建共和-玉树高速公路3个块石路基监测断面的实测资料,对路基修筑初期多年冻土温度状况进行了分析. 结果表明：路基修筑初期路基中心原天然地表下0.5 m处仍表现出季节变化规律,至原多年冻土上限深度处,温度波动幅度急剧减小. 块石路基的保温效果与年平均地温密切相关,年平均地温越低,对冻土的保护效果越显著. 受阴阳坡效应的影响,左路肩/坡脚温度高于右路肩/坡脚. 左右路肩及中心孔下多年冻土上限都得到不同程度的抬升,抬升幅度主要受路基高度影响,与多年冻土年平均地温没有必然关系.     

青藏铁路多年冻土区保温护道路基温度场数值模拟研究

多年冻土区路基铺设保温护道的目的在于削弱边坡热侵蚀作用对路基下多年冻土温度状况的影响,防止多年冻土上限特别是阳坡侧冻土上限下降,减少人为活动对路堤坡脚及附近天然地表的破坏;防止路侧地表积水渗入基底;对边坡产生反压,防止路肩滑塌,以保证路基的稳定.结合试验工程监测资料,采用数值模拟方法分析了青藏铁路多年冻土区路基保温护道的效果,结果表明:保温护道并没有达到设计的目的,由于路基和护道几何形状对空气对流和太阳辐射的影响,不仅达不到保护冻土地基的目的,反而加大阴阳坡温度差异,导致路基病害的发生.     

青藏高原多年冻土区碎石护坡降温作用及效果分析

基于青藏高原北麓河多年冻土区碎石护坡路基与普通路基温度监测资料分析,结果表明:碎石层的铺设具有减小坡面年平均温度及坡面温度年较差的作用;与普通路基相比,碎石护坡在暖季主要起到隔热作用,但在冷季主要存在不利于路基散热的弊病.从路基人为冻土上限抬升状况、温度降低程度和路基变形量的差异来看,碎石护坡路基较普通路基有利于冻土路基的热稳定性.但碎石护坡调节路基内部温度场是一个长期过程,即坡面温度对多年冻土温度的影响具有滞后性,若作为青藏铁路多年冻土区补强措施使用时应慎重.     

热棒技术在国道214线共和-玉树高速公路宽幅冻土路基中应用的数值模拟研究

高速公路路基幅面宽度的成倍增加,沥青路面的吸热效应更为显著,工程对其下伏多年冻土的热影响更为显著. 热棒、热棒保温板复合结构等传统工程措施能否保护宽幅高速公路下冻土稳定是一个亟待回答的问题. 根据带相变热传导有限元方法,对共和-玉树高速普通路基、热棒路基和热棒保温板复合结构路基在未来全球变暖情形下的地温场特征进行了数值模拟分析. 结果表明：在年平均气温为-3.5℃或地表年平均温度为-1℃的多年冻土地区,普通路基和热棒路基在全球变暖条件下路基下伏冻土都将发生融化,宽幅公路路基将会产生显著融沉变形,不能保证宽幅公路路基20 a使用期内的稳定性. 热棒保温板复式结构显示了较好的冷却路基效果,在第20年路基下多年冻土人为上限高于原天然上限,路基下富冰冻土仍处于冻结状态,可以保证宽幅沥青公路在服务期内的热稳定性.     

保温材料在青藏铁路路基工程中的应用

青藏铁路格拉段主要地质问题是高原多年冻土问题, 多年冻土的融化引起铁路路基的不稳定和路基的沉降等是青藏铁路设计者急需攻克的难题. 针对青藏铁路设计所采取的土工合成保温材料, 对修筑铁路路基后多年冻土的保护措施和效果进行总结和分析, 对EPS板和PU板保温材料的保温性能进行室内试验和现场测试的检验和效果分析.     

季节性冻土区高速铁路路基保温试验研究

为了测试保温板在铁路无砟轨道防冻胀方面的作用,利用有限元软件ANSYS10.0对安装保温板前后以及不同厚度保温板保护下的路基温度场变化规律进行分析和现场试验验证,分析结果显示,当进入冻期之后,随着时间的推移,安装有保温板的路基,较未安装保温板的路基保温效果好。综合工程安全和经济效益,最终得出选用厚0.2m保温板的结论。为铁路工程防冻措施的落实提供了有价值的资料和参考。     

季节冻土区高速铁路路基保温措施效果研究

为减小季节性冻土区路基冻胀对高速铁路无砟轨道平顺度的影响,采用路基保温措施进行室内模型试验,对不同厚度保温板覆盖下路基AB组填料在多个冻融循环过程中的温度及变形规律进行了试验与分析.室内模型试验结果显示,XPS保温板具有良好的保温隔热作用,厚度越大,保温效果越好,保温措施有效控制了哈齐线路基AB组填料的冻胀变形,同时也降低了其残余变形.根据室内试验结果,采用20cm厚保温板的保温措施在哈齐线路基试验段进行现场试验.试验结果表明,该保温措施有效控制了左右线轨道板下方区域的冻胀变形,保证了轨面平顺度.     

青海柴木铁路多年冻土区片石路基工程措施效果的模糊评价

为综合评价多年冻土区片石路基工程措施效果, 以青海柴木铁路为例, 通过分析筛选多年冻土区片石路基工程措施效果评价因子, 给出各评价指标的层次结构, 建立综合评价模型, 确定工程效果评价分级标准与评价因子权重, 采用模糊数学方法对柴木铁路多年冻土区片石路基工程措施效果进行评价, 评价结果显示: 柴木铁路多年冻土地区片石路基工程效果评价结果为较好状态的占86.1%, 处于一般状态的比例为7.5%, 处于较差状态的为6.4%, 没有处于良好状态的路段. 结合试验断面测温资料, 采用模糊方法的评价结果与野外实际观测结果基本相符, 说明此方法可运用于多年冻土区片石路基工程措施效果评价中.     

保温材料在青藏铁路路基工程中应用的数值分析

In many cases, preventing permafrost from further thaw due to human activities might be the first choice for embankment design in permafrost regions. 2-D finite element analysis was conducted in this paper, in which phase change was taken into consideration to simulate the thermal regime of the Qinghai-Tibetan Railway with Expandable Polystyrene (EPS). Based on the predicted maximum thaw depth in the following 50 year, the best position for insulation was presented and the relationship between the thickness of insulation and the height of embankment was analyzed. Besides, the applicable range of insulation in embankment engineering of the Qinghai-Tibetan Railway in terms of Mean Annual Air Temperature (MAAT) was suggested and the influence of geothermal field of permafrost on the applicable range of the insulation was discussed.     

青藏铁路抛石护坡和保温材料复合路基温度场特征非线性分析

采用多孔介质中流体的连续性方程、动量方程及能量方程,针对青藏铁路的气温和地质条件,对抛石护坡路基(无保温材料)及其在靠近路基顶部增设保温材料后的温度场特征进行了分析和比较.结果表明:在年平均气温为-4.0℃的青藏高原多年冻土区,考虑未来50 a气温上升2.6℃条件下,抛石护坡路基对其下部多年冻土可起到一定的保护作用;但由于气温升高的影响,路基中心处出现终年融化夹层;计算中发现当抛石护坡达到一定厚度时,单纯依靠增加抛石护坡厚度并不能明显增加其对路基中心处的降温效果;而增设保温材料后的抛石护坡路基可有效减小路基中出现的融化夹层,确保冻土路基的稳定.因此,建议在高温多年冻土区使用抛石护坡路基结构时,应考虑使用保温材料作为一种对抛石护坡路基进行保温补强的措施.     

倾斜布管采控天然冷量的青藏铁路路基温度场演变规律

Aiming at the stabilization of Qinghai-Tibetan Railway embankment during its construction and run, the method using tilt pipes to keep the permafrost embankment stabilization is put forward in the paper. By gathering natural cold energy in the winter and release it in the summer the tilt pipes can keep the permafrost embankment stabilizing. The temperature fields of the embankment and the stratums below are studied according to the condition of pipes diameter 250mm, length 7. 0m and tilt angle 30°,45°, 60° until the railway working for 20 years. It is shown that the embankment field using tilt pipes will eliminate the thawing core and come into subzero temperature phase ahead of 9 years compared with the original model. Different tilt angles have different efforts on the embankment and stratums, synthesis analysis of thermal income and expenses of the embankment and stratums should be carried out     

青藏铁路清水河地区路基下伏多年冻土地温变化特征研究

基于埋设在青藏铁路清水河地区路基中两个断面内的共8个地温测试孔3年来的地温观测资料,研究了该地区铁路路基下伏高原多年冻土融化特征,分析了多年冻土上限的变化规律以及填筑铁路路基施工对下伏多年冻土赋存条件的影响。研究表明,由于受到填筑路基时赋存在路基填料内的热量的影响,铁路路基下伏多年冻土近地表的地温变化特征与天然地面下的多年冻土的地温变化特征有明显的不同,且向阳面与被阴面差别较大。多年冻土的上限在施工初期会有一个明显的下移沉降,随着时间的推移,虽然残存在路基中的热量逐渐消散,多年冻土上限下降会逐渐稳定。由于受到太阳辐射和路基边坡形状及融化夹层的影响,多年冻土上限会逐渐稳定,但不会在短时期内上升到天然地面下多年冻土的上限水平。     

青藏公路下伏多年冻土的融化分析

基于青藏公路沿线高温冻土区和低温冻土区2组地温观测孔5 a的地温观测资料, 研究了路基下伏多年冻土的融化状态, 定量分析了进入路基下多年冻土内的热状况. 结果表明: 路基近地表地温明显高于对应天然地表下的地温, 路基近地表经历的融化期长于对应天然地表, 高温冻土区路基内已形成贯穿融化夹层;进入高温冻土区路基下伏多年冻土内的热收支处于持续不断的吸热状态, 进入低温多年冻土区的热收支也呈现出吸热明显大于放热的周期性变化;高温冻土区接近0℃的地温及其持续不断的热积累是引起下伏多年冻土不断融化的主要原因. 低温冻土区进入多年冻土的热积累暂时以增高地温耗热为主, 随着地温的增高, 低温冻土区也可能发生强烈的冻土融化.     

青藏铁路冻土区块石护坡路基热传递特性

块石护坡路基是青藏铁路建设中一种有效的冷却地基保护冻土工程措施.考虑高原夏季夜间冷空气对块石护坡路基温度场的影响,对青藏铁路北麓河块石护坡试验路基夏季某一整天的温度场、热流量和热流密度进行了分析,研究块石护坡路基昼夜间热传递特性.结果表明:块石护坡路基在夏季白天吸收热量,在夜间冷空气的作用下路基释放一部分热量,说明夏季夜间存在一定的降温效果.另外考虑一年内冷暖季块石护坡的热传递差异,对块石护坡路基冷暖季的温度场、热流量和热流密度变化情况进行研究,探讨其冷暖季热传递特性,结果显示:块石护坡路基暖季处于吸热状态,冷季处于放热状态;从一年的热流量变化看,块石护坡路基冷季的放热量大于吸热量,路基储存冷能有利于保护冻土.     

青藏铁路普通路基下冻土过程动态评价

本文主要利用青藏铁路北麓河厚层地下冰试验段中普通路基下部冻土温度的监测资料,对路基下部冻土温度变化和热收支特征进行了分析,并对修筑普通路基后多年冻土热融蚀敏感性和热稳定性进行了计算。结果表明,修筑普通铁路路基后,虽然多年冻土人为上限有较大幅度抬升,但原天然上限以下多年冻土温度却逐年升高,表现为显著的吸热状态。同时冻土热融蚀敏感性增强,冻土热稳定性下降,对路基热稳定性将产生较大的影响。     

高温冻土区填土路基融化固结变形分析

基于修正拉格朗日（U.L）描述下的大变形固结理论和考虑相变作用的温度场得到大变形融化固结理论,对不同路堤高度下填土路基温度场和融沉变形进行研究. 结果表明：高温冻土区合理高度的路堤在5~10 a内使冻土上限略微抬升,但冻土有明显升温. 冻土上限在未来的5~10 a后会急剧下降,且路堤高度越小,下降量越大. 与小变形融化固结理论相比,大变形融化固结理论预测高含量冻土融沉变形的精度更高. 融沉量与路堤高度成正比,且随着时间的增长,融沉变形呈阶梯型发展,路堤越高,阶梯现象越显著. 定义融沉量与路堤高度之比为沉降比,研究发现路堤越低,其沉降比越大,且随时间线性增长. 沉降比是冻土融深增量的单值函数,与路堤高度无关,通过沉降比函数可以快速而实用的求出融沉变形量.