寒区隧道保温设防长度工程实践与研究进展综述北大核心CSCD

保温法是目前寒区隧道建设中应用最为广泛的一种冻害防治方法。通过敷设保温材料可以减缓隧道结构、围岩体与洞内空气的热量交换过程,进而减小或避免衬砌与围岩体内的季节冻融,实现冻害防治的目的。在工程设计中,隧道保温段的敷设长度和厚度是两个关键参数,其中敷设厚度相对容易确定,但是敷设长度的确定目前缺乏统一的标准和简便可靠的方法,给隧道保温设计带来了一定的难度和不确定性。基于此,对包括现有铁路和公路规范要求、经验公式、工程类比法、理论解析法、数值模拟法等寒区隧道保温段敷设长度确定方面的工程实践、研究进展和挑战进行了系统的总结,并在此基础上提出保温设防设计用气象数据的选取方法、保温设防长度确定的依据、隧道进出口的差异性,以及季节冻土与多年冻土区隧道的差异等未来工程实践和科学研究仍需解决和研究的重点,以期能够为寒区隧道保温防冻工程设计难题的解决提供参考。     

泡沫混凝土隧道减震层减震机制

基于泡沫混凝土隧道减震材料,通过室内试验研究了不同密度、围压、应变率条件下泡沫混凝土材料的力学特性。试验结果表明：随着密度的增加,试样的单轴破坏形态由骨架坍塌破坏逐渐转化为劈裂剪切破坏,峰后应变软化与材料脆性增强;随着围压的增加,材料强度增加且延性增强,峰后由应变软化逐渐转换为应变硬化。在中等应变率范围内（10?5/s ～10?3/s）,随着应变率的增加,泡沫混凝土材料的强度近似呈指数增长,同时峰后残余应力增长明显,且塑性应变越大,应变率对峰后应力的影响越大。基于上述试验结果初步建立了泡沫混凝土材料的本构模型。依托嘎隆拉隧道,采用数值方法研究了减震层剪切模量、厚度及减震层-衬砌界面特性3个因素对减震效果的影响规律,相关研究成果可为高烈度区隧道工程减震层的设计提供参考。     

寒区工程与冻融力学

从环境与生态、减灾防灾与中国 2 1世纪寒区建设实际和全球气候变化等方面进行论述 ,指出 :寒区工程学研究对象广泛 ,涉及低温环境 (0℃以下 )和冻融变化对工程建设影响的问题都属于它的研究范围 ;多年冻土向季节性冻土转化 ,冻融变化的交替作用将引发泥石流、滑塌、滑坡、冰锥等一系列灾害 ,给寒区工程和生态系统造成破坏 ;另外 ,由于人类工程活动对环境的反作用 ,也不同程度地加剧了滑塌、滑坡、地震、泥石流等灾害的发生 ;中国西部和寒冷地区蕴藏着丰富的自然资源 ,如何加快西部大开发和寒区经济建设 ,并在开发和建设中减灾防灾、改善和保护环境 ,是一个重要问题。同时 ,进一步提出作为地学、物理学与力学的交叉学科———冻融力学的概念、研究对象、研究方法和研究任务 ,指出 :冻融力学研究正温—负温环境交替变化对材料的物理、力学性质的影响 ,研究冻融灾害的规律及其预防措施 ,是一门具有很强寒区工程背景的应用学科 ;冻融力学以包括冻土 (负温或零温度状态含有冰的各种土 ,而负温下的干土称为寒土 )在内的冰水介质 (含冰含水的介质 )为研究对象。从研究对象和研究范围来看 ,冻土力学只是冻融力学的一部分 ;从研究内容来看 ,冻融力学比冻土力学要丰富得多。文末给出若干有益建议和设想。     

泡沫混凝土预留变形层对深埋软岩隧道长期稳定性影响研究

泡沫混凝土的单轴和三轴试验研究表明,泡沫混凝土具有较高压缩性和良好延性,可以作为深埋软岩隧道初期支护与二次衬砌之间预留变形层填充材料,分析了其对宜巴高速公路深埋软岩隧道长期稳定性的影响。研究表明,深埋软岩软岩隧道在二次衬砌施工之后依然会产生较大的蠕变变形,单纯依靠提高二次衬砌的厚度,并不能完全控制住围岩的蠕变变形,而且衬砌结构很容易由于变形压力过大而发生破坏。泡沫混凝土预留变形层,可以很好地吸收围岩蠕变变形,缓解二次衬砌承担的蠕变变形压力,减小衬砌的变形,改善其受力,采用厚度较小的二次衬砌即满足隧道长期运营的要求。     

隔热保温技术在多年冻土隧道中的应用

结合青藏铁路多年冻土隧道的设计，通过对多年冻土特殊性、寒区隧道病害及冻胀机理的分析，提出了多年冻土隧道设计中应用隔热保温技术的思路。     

泡沫混凝土拓宽路基的差异沉降研究

在分析泡沫混凝土用于高速公路路基拓宽模式的基础上,建立了泡沫混凝土拓宽路基的附加应力计算模型;推导了新老路基差异沉降计算公式,并结合绍(兴)诸(暨)高速上三段拓宽工程的建设,分析了泡沫混凝土拓宽路基的地基附加应力分布规律和沉降特性以及拓宽参数对新老路基不均匀沉降的影响.研究表明,随拓宽宽度增加,老路受影响范围越大,不均匀沉降增大,最大差异沉降率非线性增大;零征地拓宽时,拓宽对老路沉降基本没有影响;随开挖宽度增加,泡沫混凝土的“应力置换”效果增强,路基的不均匀沉降减小,最大差异沉降率减小.     

高强混凝土桩中坍落度的选取与应用

叙述了高强混凝土在桩基工程中的实际应用,提出了桩基混凝土试配当中与一般混凝土试配的不同之处及试配的方法与具体应用。     

水胶比对泡沫混凝土力学性能的影响

以水泥、粉煤灰、矿粉为主要原材料,按照质量比16：3：1分别制得了不同水胶比（0.43、0.5、0.6）不同气泡含量的泡沫混凝土。对试样进行单轴压缩试验,得到了泡沫混凝土的应力-应变曲线和峰值应力,试验研究了不同水胶比的泡沫混凝土其应力-应变曲线变化规律、水胶比对抗压强度和弹性模量的影响。结果表明：不同水胶比的泡沫混凝土其应力-应变曲线变化规律基本一致,均经历密实、弹性、屈服、破坏4个阶段。水胶比对低气泡率泡沫混凝土的抗压强度和弹性模量影响较大,而对于高气泡率泡沫混凝土的抗压强度和弹性模量影响较小,且对于不同水胶比的泡沫混凝土,其抗压强度和弹性模量均与气泡率呈指数关系。     

桩柱一次成型工艺混凝土保温措施研究

冬季施工对混凝土的强度要求极高,由于气温低下,若混凝土保温措施不到位,会大大降低混凝土的强度,但受工期制约,有时混凝土的冬季施工是不可避免的。本文研究了在桩柱一次成型工艺下,冬季混凝土保温质量与成品短柱的保温措施,通过在原材保存、运输、搅拌、浇筑、养护过程中采取一系列保温措施,大大提高冬季施工混凝土的强度,并通过取样分析验证了保温措施的可行性,取得了良好的效果,保证了冬季混凝土施工质量。     

井巷与硐室工程中钢纤维混凝土研究与开发

内容钢纤维混凝土可以减小因荷载在基体混凝土引起的细裂端部的应力集中,提高整个复合材料的抗裂性,因而获得了较广泛的应用。如何在矿山井巷与硐室工程中进行应用和开发,是一项技术市场广阔的研究课题,本文就此项研究的室工作进行详细论述,并结合工程实例进行实用效果分析与总结。     

寒区隧道围岩最大冻结深度计算的半解析方法

寒区隧道围岩的最大冻结深度是隧道抗冻胀结构设计、防排水与保温隔热层设计的重要基础参数。基于准稳态假定,采用积分法推导了能够考虑衬砌、保温层及冻结围岩中未冻水含量的寒区隧道围岩最大冻结深度的解析计算公式;利用围岩温度场数值模拟结果反演得出了解析计算公式中的参数影响半径与冻结半径比 的取值,从而得到了围岩最大冻结深度的半解析解。将所得解的计算结果与现场实测数据及数值模拟结果进行了对比,验证了所得解的合理性。利用得到的半解析解分析了工程冻土段围岩冻结深度的影响因素,结果表明：初始地温、年平均气温对冻结深度的影响最为明显,岩体骨架导热系数、岩体孔隙率的影响次之。     

寒区隧道围岩变形机理分析初探

隧道围岩冻胀变形机理是寒区隧道工程常见的问题之一。首先评述了国内外现有关于寒区隧道冻胀机理的几种解释,然后对采自西部某寒区岩样进行饱水冻结,通过CT扫描技术观察了岩体内部细观结构变化、水分迁移,发现了围岩冻结后发生收缩的现象,从细观角度研究了岩体的冻胀和收缩机理,完善和补充了围岩冻胀机理假说。     

循环冻融下寒区工程常用保温材料性能变化试验研究北大核心CSCD

保温材料广泛应用于寒区工程的诸多领域。然而,在服役过程中,保温材料往往会受到浸水、冻融和盐蚀等多场耦合的循环作用,导致其保温、防水和强度等物理力学性能出现不同程度的退化。目前,保温材料的类型非常多,但其性能和耐久性有所不同,因此科学合理地选择保温材料不仅关系到其长期保温效果,同时对于工程构筑物的长期稳定性具有重要的意义。针对循环冻融作用,选取寒区工程中常用的4种保温材料[聚酚醛(FLK)、聚氨酯(PU)、聚苯乙烯挤塑板(XPS)和聚苯乙烯发泡板(EPS)]开展了浸纯水、浸盐水和干燥状态下的室内冻融循环试验,对经历了不同冻融次数的样品进行了表观密度、吸水率、导热系数、压缩强度、弯曲强度和微观结构系列测试。结果表明:浸润作用对保温材料物理力学性质影响显著,亲水性材料FLK的保温和力学性能退化显著,而憎水性材料PU、XPS和EPS变化相对较小。干燥条件下,冻融循环作用对FLK、XPS和EPS吸水率以及FLK的导热系数影响量值可观,但对4种保温材料的压缩和弯曲强度影响不大。浸纯水和盐水条件下,经历30次冻融循环后,FLK的导热系数增加约50%,弯曲强度降低超过0.3%,EPS的压缩强度降低超过10%。浸盐水后保温材料经历冻融循环作用后其物理力学性能退化程度与浸纯水条件下有所不同,该差异值得关注。通过扫描电镜图像能够识别4种保温材料的孔隙尺寸、孔隙致密度和固体颗粒胶结方式,但对经历冻融循环作用后的变化难以识别和量化。基于试验结果,结合寒区交通工程应用场景,分析了4种保温材料的冻融耐久性,以期服务于寒区交通工程保温材料的合理应用。     

Advances on bioremediation of off-contaminated soil in cold region

Petroleum pollution in the soil is a common problem in the world. The pollution may not only cause resource waste, but also may result in environment destruction, biology subsistence crisis and human health damage gradually. Biological techniques can be used to remove and transfer petroleum contaminants in the soil. Bioremediation of petroleum-contaminated soil, which is cost-effective,safe and friendly to environment, is promising. Low temperatures and lack of available nutrients often limit the rate of microbial degradation of petroleum hydrocarbons in contaminated soils in cold region. Some scholars carried out bioremediation technology research on oily soil in cold area. Scientists attempted many measures to increase the temperature of the field. A multidisciplinary team of engineers, microbiologists and electricians has designed and installed a thermally （TIS） enhanced biopile in oil-contaminated soil in Prudhoe Bay, AK. Covered with a black plastic sheet, the pile can also improve temperature condition. Nutrient is another important factor affecting bioremediation. Because of the different constituents in the soil, the proportion of elements is different. To optimize nutrient amendments for the remediation of a long-term hydrocarbon-contaminated site at the Old Casey Station in Antarctica, results showed that the effects of nitrogen （and phosphorus） on microbial are evident. If the method of fertilizing inorganic nutrients is improper, salinity of the soil may be increased and the osmotic potential may be impacted. J.L.Walworth et al.     

高纬度寒区浅埋隧道的温度场及防寒抗冻探讨

专门针对东北高纬度寒区浅埋隧道冻害机理的研究较少,对东北寒区隧道进行了现场温度实测,讨论了东北高纬度寒区浅埋隧道的冻害形成机理和防寒抗冻措施.现场温度实测表明,传统的保温措施无法保证隧道不发生冻害,合理的防排水措施是高维度寒区浅埋隧道的主要防寒抗冻方法.建议在高维度寒区浅埋隧道全长设置中心深埋水沟、排水盲沟和保温侧沟,在冻结深度很大和月平均气温极低的寒区隧道排水设计中建议尝试使用顶进中心深埋水沟的施工方法,以降低工程造价及提高施工安全.中心深埋水沟直径应在80cm以上,以保证维护的便利.根据洞口地形选择合理的出水口形式,且做好保温防冻措施.     

尾水隧洞衬砌混凝土裂缝预防及治理

水工隧道混凝土衬砌均存在不同程度的裂缝,本文介绍了尾水隧洞衬砌混凝土裂缝预防和不同类型裂缝的处理办法。     

洞室和围岩温度对泄洪洞衬砌混凝土温度和温度应力影响研究

以溪洛渡无压泄洪洞为研究对象,采用三维有限单元方法对不同洞室环境温度和围岩温度情况下的施工过程进行仿真模拟,通过比较底板、边墙和顶拱不同衬砌部位的最高温度、最大内表温差、最低温度、早期和冬季最大拉应力等,对洞室环境温度和围岩温度的变化对泄洪洞衬砌混凝土温度和温度应力,以及温度裂缝发生、发展与控制的影响进行分析。结果表明,洞室气温和围岩温度对衬砌混凝土的温度场和应力场均有明显的影响。在冬季施工衬砌混凝土更容易产生早期裂缝,夏季施工时既要防止早期裂缝,也要注意防止冬季裂缝。围岩温度低时,衬砌围岩侧混凝土拉应力明显增大,但对表面和中心的应力影响很小,因而对温度裂缝的发生影响很小。研究成果为隧洞工程衬砌混凝土的设计和施工提供有价值的参考。     

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.