青藏铁路填土路基热-力耦合离散元研究

多年冻土是含有冰的特殊土体,在自然环境变化及工程扰动下易发生冻胀融沉变形,严重威胁着青藏高原工程建筑物的安全稳定,特别对青藏铁路的畅通运营提出了严峻挑战。以青藏铁路五道梁地区路基断面为研究对象,采用颗粒离散单元法,通过建立热-力离散元计算模型,对路基的温度场和变形进行了计算和预测。结果表明：离散单元法克服了有限元方法无法模拟颗粒间导热与接触粘结作用的瓶颈,能够从微观层面阐释宏观变化,较为真实地反映冻土的导热和力学变形;离散单元法数值计算分析发现,随着运营时间的增加,路基存在冻土退化问题,而且路基中颗粒间热交换复杂,在0 ℃等温线区域和路基坡脚处,颗粒间相互作用更为突出。热-力耦合离散元为冻土工程研究提供了新思路,可更好地为寒区工程服务。     

寒区渠基黏土热参数最优概率分布

为分析寒区渠基黏土热参数的随机分布特征及概率分布模型,以寒区渠基黏土的导热系数为样本,结合经典分布拟合法、多项式逼近法、最大熵法和正态信息扩散法,分别对寒区渠基黏土热参数的概率分布规律进行了研究。首先通过分析热参数的离散性,并比较概率分布曲线、拟合检验值和累计概率分布值,对不同方法描述热参数随机性的优劣进行了评价;然后,基于寒区渠基黏土热学参数对温度的敏感性,提出了一个可以达到理想拟合精度的寒区渠基黏土热参数概率推断的区间取值标准。研究结果表明：寒区渠基黏土的热参数具有随机变量的特征;正态信息扩散法可以描述热参数样本的随机波动性;在4种方法中,正态信息扩散法的拟合精度最高。使用3.5σ法,将[μ-3.5σ,μ+3.5σ]（μ为随机变量的均值,σ为标准差）作为概率函数推断时的取值区间,同时考虑偏度的影响,可使得累计概率值达到1.000 0的精度,能够较准确地推断热参数的概率分布函数。     

絮凝−电渗法联合治理淤泥质土试验研究

针对传统电渗法治理淤泥质土过程中排水效率低且治理后土体不均匀等问题,从改变软黏土颗粒自身持水特性角度出发,提出采用新型有机高分子材料阴离子型聚丙烯酰胺（APAM）联合电渗法治理淤泥质土的思路。利用自制的一维电渗固结试验装置,探究絮凝−电渗法联合作用机制以及不同絮凝剂掺入比对电渗排水加固效果的影响规律。试验结果表明：与传统电渗法相比较,絮凝剂 APAM 的掺入减少了软黏土颗粒表面的结合水膜厚度,使得淤泥质土的前期电渗排水速率和累计排水量显著提升,从而降低了电渗法的平均能耗系数;同时,絮凝剂高分子长链的“吸附架桥”作用增强了土颗粒的黏结力和絮凝沉积效果,有效缓解了电渗过程中细小黏粒迁移集聚而造成的阴极淤堵问题;治理后淤泥质土的抗剪强度大幅增高,土体的均匀性也得到了明显改善,且当絮凝剂 APAM 掺入比为 0.30% 时,土体的电渗排水固结效果最佳。     

铁路碎石道碴层通风阻力参数试验研究

铁路碎石道碴层能被看作高渗透率的多孔介质,由于其具有较好的通风特性,它的存在改变了寒区铁路路基的顶部热交换条件,对路基温度场产生不可忽视的影响.为了能够实现对寒区铁路路基温度场的更合理预测,基于对铁路碎石道碴层传热和通风特性的研究现状,通过风洞试验对铁路碎石道碴层的通风特性及通风阻力参数进行了试验研究.试验中选用的铁路碎石道碴平均粒径为4.2cm,孔隙率为0.433,对不同空洞风速条件下铁路碎石道碴层中的压力梯度和渗流速度进行了测试分析.结果表明:铁路碎石道碴层中空气渗流速度随着压力梯度的增大而增大,其内部压力梯度与渗流速度之间存在良好的二次非线件关系.通过计算得到铁路碎石道碴层的渗透率和惯性阻力系数,为寒区铁路路基热稳定性的数值研究提供了参数依据.     

广州某地铁人工冻结法施工热力分析

以广州某地铁采用人工冻结法施工为例,考虑相变和衬砌水泥水化热的生成,根据带相变瞬态温度场的热量控制微分方程,采用伽辽金法推导出的有限元计算公式计算分析了此地铁人工冻结施工过程中的温度场分布规律.并根据温度场的分布特点,确定了开挖时的人工冻结壁厚度.最后,对冻结壁和其周围土体分别应用不同的力学本构模型进行施工过程的力学模拟.结果表明,采用人工冻结法作为一种辅助的施工方法,不但能满足施工过程中结构的强度要求,而且能满足环境沉降量的要求.     

冻结砂土的损伤试验研究

任何数值的荷载,都会导致冻土内部冰体塑性流动和冰晶体在土体内的重新定向,以及土颗粒的重新排列.这几方面的因素会使冻土产生微结构的损伤,同时表现出明显的各向异性.基于损伤力学理论,推导出冻土的各向异性损伤变量的表达式,利用-6 ℃冻结砂土的常规三轴试验数据,获得损伤变量的变化曲线.结果表明:损伤变量随应变的增大而增大,呈现出双曲线的变化规律;径向损伤大于轴向损伤;围压有助于冻土结构的强化,减少冻土结构的损伤量.这些规律为利用损伤力学理论建立冻土的损伤本构关系提供了依据.     

基于T-S模糊故障树的寒区水库大坝冻害风险分析

由于运营环境恶劣,寒区水库大坝会面临冰冻灾害频发且致灾因素众多等问题,严重影响大坝稳定运营,增大了安全风险隐患,并增加了整治维修成本。为有效预防大坝冻害发生,提升大坝风险管理水平,提出了一种基于T-S模糊故障树理论的寒区水库大坝冻害风险分析方法。以坝体不均匀变形、坝体渗漏加剧、面板冻害破坏为下级事件建立了T-S模糊故障树;同时通过底事件重要度计算对主要致险因素进行了分析;并将冻胀力学分析与T-S模糊故障树相结合,对红旗泡水库大坝面临的冻害风险进行了计算分析。研究发现诱发大坝冻害的主要风险因素包括反复冻融作用,库区水位波动、冰层堆积与风浪侵蚀,面板与坝体填筑质量缺陷和坝体防渗及保温措施不足等;同时,发现红旗泡水库大坝发生冻害风险的可能性较高,应进行风险排查与处理。应用结果表明,所提出的方法能科学合理地分析大坝冻害风险并确定关键致险因子,可为寒区水库大坝的冻害风险的识别、管理与决策提供技术支持,进而为大坝设计、施工、运营维护及冻害防治提供参考依据。     

高寒隧道保温结构的优化设计研究 ——以西藏圭嘎拉隧道为例

为了提高季节冻土隧道的防冻保温性能,常采用铺设聚氨酯类有机保温层的方式以防止围岩冻结,但由于有机材料在冻融循环过程中老化速度快、保温结构设计缺少科学依据等局限性,使得部分隧道在长期运营过程中反复出现冻融病害。以西藏圭嘎拉隧道为研究对象,通过建立热流固耦合计算模型,对现行保温措施的防冻效果进行分析,发现距离洞口一定长度范围内的围岩仍会发生冻融破坏。在隧道运营后第20年2月15日,距洞口5 m处断面拱顶围岩的边界温度仅为-0.91 ℃,并且该关键位置的纵向冻结长度超过500 m,严重影响隧道结构的安全。为防止此隧道出现冻害问题,提高其服役能力,拟采用新型无机建筑材料气凝胶毡对隧道的保温结构进行加固,其具有良好的保温、阻燃和耐久性能,并且铺装简便、易于操作。此外通过对不同厚度气凝胶毡条件下的围岩温度场进行多维度分析,确定了最不利时刻气凝胶毡厚度与拱顶围岩关键位置纵向冻结长度之间的关系。研究成果可为圭嘎拉隧道防冻保温优化设计提供技术支持,不仅能保障隧道结构的安全性和稳定性,也能为季节冻土隧道保温结构的设计、施工及维护提供参考依据。     

道路融雪除冰技术现状与发展趋势分析

路面积雪结冰给交通和行车安全造成严重威胁．欧美、日本等国在道路融冰化雪技术研究及应用方面做了大量的工作,我国在这方面的研究非常薄弱．总结分析了国内外道路融冰雪技术的现状及发展方向,可以看出：使用融雪剂和机械除冰雪是普遍的方法,但存在环境污染和不能及时清除的弊端．地热、电热、改进路面材料等主动方法不普遍,处于研究和小范围...     

多年冻土区姜路岭隧道施工水热力数值研究

姜路岭隧道地处青藏高原多年冻土地区,其高海拔、高寒、缺氧环境下多年冻土及软弱大变形围岩的公路隧道设计施工技术属国内乃至亚洲首例,也是共（和）玉（树）高速公路重难点控制性工程。为研究姜路岭隧道施工过程中的水热力（变形）状态及其演变,采用冻土工程水热力耦合计算理论及数值仿真程序,模拟了该隧道三个关键施工步骤的水热力分布规律,以此提出了隧道修建过程中的重点监测位置及注意事项。研究成果可为姜路岭多年冻土隧道的设计施工提供理论指导和技术支持,进而为类似寒区隧道工程的设计和施工提供参考依据。