公路涎流冰的成冰机理与新型防治措施研究

建立了粗、细粒土冻结模型, 分析了扰动三层体内部的析冰原理, 提出密闭水体的冻结-压力循环, 该循环是涎流冰发育的机理. 对饱水粗颗粒土与饱水细颗粒土的冻结模型比较表明, 饱水粗粒土在密闭体系中的冻结; 就其产生的水压力而言, 实质上就是密闭水体的冻结, 也就是水冻结成冰体积膨胀受限而产生力的问题. 这种体积膨胀产生的力导致约束结构(如薄弱层)的整体性破坏. 在公路边坡数值模拟分析的基础上, 提出边坡薄弱层破坏导致渗水是形成坡积冰的主要原因之一, 薄弱层破坏处是病害最严重的位置. 根据病害形成原理和成因分析, 并提出渗井与仰斜式排水管相结合的复合防治措施, 工后效果良好.     

高寒地区公路涎流冰灾害及防治

西藏浪卡子至洛扎公路是西藏山南地区环线公路的西段,全长120 km,集交通、外交、军事于一体。由于公路位于高寒、新构造运动强烈的地区,特殊的地质背景、气候因素和地理环境,为该地区地质灾害的发生孕育了良好的条件。涎流冰是指水在持续负温下随流随冻形成的积冰,水源和负温是涎流冰形成的先决条件。公路沿线有10处涎流冰灾害,影响的公路总长457 m。涎流冰灾害对公路的建设和运营构成了极大的危害,对其治理以防为主,采用涵洞或盲沟排水,同时必须防冻。     

融化作用下含冰裂隙冻岩强度特性及寒区边坡失稳研究现状

如何科学评价裂隙冻岩质边坡稳定性、如何采用有效措施保证冻岩边坡工程的安全建设和运营,已是目前岩石力学研究领域的一个重要课题.首先对青海木里地区含冰裂隙冻岩地层煤矿露采过程中的大规模边坡工程问题开展现场勘察和试验研究,分析了高寒地区冰体赋存特征、含冰地层消融特征及含冰地层融水出流特征;结合前人研究,较为全面地总结了含冰裂隙冻岩强度特性及冻岩边坡普遍性的变形失稳特点,提出寒区冻岩边坡失稳机理为冰-岩系统在热侵蚀和荷载共生作用下的热力耦合结果;对消融作用下含冰裂隙冻岩的物理力学、热力耦合特性及裂隙冻岩质边坡稳定性评价等方面的国内外研究现状进行了综述和讨论;认为开展融化作用下含冰裂隙冻岩体强度特性及边坡失稳研究将是与冻融损伤并重的一个新的研究方向.     

某岩质边坡稳定性和防治措施分析研究

云南省个旧重金属污染整治示范试验区建设过程中,由于场地开挖平整形成高陡岩质边坡,严重影响场区建设和运营安全。因此,需要对其进行稳定性分析,并提出相应的防治措施,为边坡永久治理提供依据。通过理正极限平衡法、Geostudio和FLAC3D数值模拟综合判定,天然工况下边坡整体稳定性均处于稳定状态,在暴雨工况和地震工况下边坡整体稳定性均呈不稳定状态。依据稳定性计算结果,将边坡防治划分为3个防治区段：重点防治区,主要防治措施为锚索框格梁+被动防护网;次重点防治区,主要防治措施为清危+框格锚杆;一般防治区,主要防治措施为清危+被动防护网,为边坡永久治理提供了依据。     

渠道衬砌体冻胀破坏机理分析与防治措施研究

导致渠道衬砌体破坏的主要因素是土体中水分及其冻移作用、负温条件、土体物理性质.笔者在研究分析的基础上提出了"削减与抵抗"相结合的防治措施.认为通过冻胀力计算模型,分别计算出渠道横断面上不同电位的冻胀力值,合理地计算选定砼强度、砌体结构形式和尺寸是可行的.     

城市洪涝中雨水口泄流能力的试验研究

近年来中国城市洪涝灾害频发,对人民群众的生命财产安全造成了严重威胁,其中雨水口泄流能力的大小对于计算受淹区的积水程度或路面雨水的排除效率至关重要。为此本研究专门修建了具有上下两层结构的城市洪涝过程综合试验平台,考虑雨篦子、雨水井及侧支管等完整的雨水口结构,开展了76组不同来流水深及流速下的雨水口泄流能力试验。试验结果表明:雨水口的下泄流量在井身充满前后表现出不同的变化规律,即在雨水井充满前,路面雨水以堰流形式下泄;在雨水井充满后,以管嘴出流形式下泄。基于试验数据率定出雨水口堰流及管嘴出流时的流量系数,并进一步采用量纲分析法,建立雨水口的泄流能力与雨篦子尺寸、篦前水流的弗劳德数等因素之间的经验关系,具有较高的相关系数。采用本文公式计算原型尺寸雨水口的泄流能力,并与中国现行雨水口泄流能力的参考值进行对比,发现当水深较大时现行参考值偏大较多。本研究成果能为精细化的城市洪涝管理提供计算依据。     

雨水口堵塞程度对其泄流能力影响的试验研究

雨水口是下泄地表径流的关键设施,一旦堵塞将导致市政排水系统的泄流能力无法充分发挥,这是引发城市洪涝灾害的主要原因之一。为定量分析雨水口堵塞对其泄流能力的影响,本研究分别考虑进水篦及连接管不同堵塞程度的情况,开展了较大来流水深下的概化水槽试验,共计进行了608组试验。试验结果表明:①进水篦及连接管堵塞均会显著影响雨水口的泄流能力,且后者对雨水口泄流能力的影响更大。②利用试验数据率定了各堵塞情况下水流以堰流或管嘴流形式从雨水口下泄时的流量系数;基于量纲分析及回归分析,给出了各堵塞情况下雨水口泄流能力的幂函数表达式,并利用试验数据对参数进行了率定,率定效果优于堰流或管嘴流公式。③通过与未堵塞情况进行比较,基于幂指数均值假定及非线性拟合方法,建立堵塞系数与堵塞程度之间的经验关系,并最终提出了一个可以分别考虑进水篦与连接管堵塞影响的雨水口泄流能力公式;该公式可以考虑雨水口堰流及管嘴流等不同泄流形式,能够反映进水篦、连接管不同堵塞程度的影响,适用于来流水深较大的情况。     

渝利铁路青石岩段边坡危岩体稳定性评价及防治措施研究

渝利铁路青石岩段为深切河谷型边坡,该边坡表部岩体在风化缷荷作用下结构复杂且稳定性差。此外,浅表层岩体在降雨、地震及工程开挖等影响下,局部已经出现了不同模式不同规模的变形失稳现象,严重影响工程建设和运营期间的安全。因此,本文根据边坡岩体结构特征及风化缷荷特征等工程地质条件,结合不同失稳模式的危岩体,提出了相应的稳定性评价理论和方法。最后,针对不同规模和不同稳定状态下的危岩体提出了有效的防治措施。     

堤坝管涌的室内试验与颗粒流细观模拟研究

本文对水流垂直方向的堤坝管涌现象分别进行了室内模型模拟和颗粒流模拟实验.在室内模型试验模拟中采用先进的数码成像跟踪设备在细观的尺度上对土样在管涌发生发展的全过程进行了观察和记录,为颗粒流细观模拟提供了必要的细观参数及宏观依据.提出的二维孔隙率与三维孔隙率转换的关系公式很好的将室内模型试验的孔隙率同颗粒流数值模拟结合,运用颗粒流程序采用固液耦合的分析模型对管涌现象作进一步的数值模拟分析.根据模拟结果,分析了管涌产生、发展在颗粒细观尺度的原因,对管涌产生发展中的试样细观变化规律及流速的变化规律进行了分析.这些结果为PFC2D在渗流和渗透破坏等方面的深入研究应用提供了一定的实用依据,同时也为在细观尺度上解释和分析管涌现象提供了一条新的途径.     

双江口水电站环境边坡孤石及危岩体发育特征与防治措施

介绍了双江口水电站环境边坡的主要问题是孤石、孤石群、危石、危岩体,通过对它们的发育特征进行分析研究,对其进行了稳定性分类,并综合考虑地形地貌、地质、施工等条件,提出了具体的防治措施.     

青藏高原冻土区活动层厚度分布模拟

活动层夏季融化、冬季冻结的近地表土(岩)层,是冻土地区热力动态最活跃的岩层,在冻土研究中有着重要意义.根据青藏高原地区80个气象观测台站1991-2000年的地面温度观测资料结合数字高程模型,计算出青藏高原冻土区的地面冻结指数和地面融化指数,然后应用斯蒂芬公式分别得到多年冻土区的季节融化深度和季节冻土区的季节冻结深度.     

TBM隧道回填层-管片受力特征模型试验研究

回填层作为围岩和管片之间的连接部分,起到稳定衬砌、传递荷载、吸收变形等作用。护盾式TBM隧道施工过程中,回填层存在未注浆松散、注浆固结两个主要状态。回填层状态不同,回填层作用及管片受力特点也不同。研究采用相似模型试验分析不同状态下的回填层作用机制,通过研究得到了以下结论：回填层未注浆松散状态下,由于碎石的径向压缩与环向移动,围岩传递到管片上的荷载量值降低且分布较为均匀,此时回填层作为“可压缩层”,具有让压和均匀荷载的作用,能明显降低管片的受力和变形;回填层注浆固结后,回填层虽然能够承担少量的荷载与变形,但承载能力有限,主要作为围岩与管片之间的“传递层”,传递荷载与变形;对于挤压性围岩护盾式TBM隧道施工可适当应用回填层未注浆时的“可压缩性”,减小施工过程中管片受力与变形;对于浅埋及地铁隧道则应尽早注浆,使衬砌与围岩形成稳定的受力体系;回填层弹性模量的增加可提高回填层-管片组合体系支护刚度,但增加效果不明显。     

青藏高原季节冻土的气候学特征

青藏高原季节最大冻土深度变化特征是研究寒区陆面过程的重要方面. 利用青藏高原地区35个地面站1961-1998年最大冻土深度的观测资料及5 cm土壤温度资料, 分析了青藏高原地区土壤季节最大冻结深度时空变化特征. 结果显示: 青藏高原土壤季节最大冻结深度度呈现明显的变化规律, 20世纪60年代至80年代中期土壤季节最大冻结深度相对处于一个增大期, 80年代中期至今土壤季节最大冻结深度在减小. 冻结期间5 cm土壤累积负温距平指标能够较好的描述土壤季节最大冻结深度变化特征, 土壤季节最大冻结深度也是高原地区地面热源强度一个较好的表征参数.     

冰力模型实验

本文首先简述了冰力模型实验的概况,然后介绍了在国内第一座冰池实验中进行的首次冰力模型实验——渤海辽东湾抗冰平台冰力模型实验的设备、模型冰制取技术和实验结果。实验中,冰排的破坏符合一般规律,它预示了现场冰的破坏现象;冰力值稍低于计算值,但更合理,可供设计参考;冰力谱中存在着明显的主频率,它集中于0.8HZ左右。     

GIS支持下的青藏公路沿线高含冰量冻土空间分布模型

Relationships among ground ice, Quaternary soil type, vegetation cover, digital terrain model (DTM), permafrost ground temperature and topographic units are applied. Using comprehensive evaluated method and coding interpolation, spatial distribution of ground ice in permafrost regions along Qinghai-Tibetan Highway (QTH) is modeled according to GIS spatial analysis. Comparing with result,model precision can be approached to 81.2 %. Its study precision can satisfy engineering need for a small - scale study     

青藏粉土单向冻结冻胀率变化特性研究

开展了饱和青藏粉土在开放系统不同温度梯度条件下的单向冻结试验,对冻结过程中冻结深度和冻胀速率的发展变化过程进行了研究.结果表明：不同顶板温度下,土样均在25 h左右达到冻结稳定状态,之后冻结深度基本不再发生变化.土样冻结过程中,冻胀速率表现为快速减小、较小值保持稳定、快速增大、较大值保持稳定四个阶段.基于以上试验结果,对土样冻结过程中冻胀率的变化过程进行了研究,发现冻胀率随冻结深度的增加先减小后增加,冻胀率从减小变为增大的时刻就是冻结深度趋于稳定的时刻,而冻胀率快速增大的时刻为冻胀速率进入较大值保持阶段的时刻.冻胀率变化的内在机理为土样冻结过程中由冰透镜体分凝所导致的未冻区固结和已冻区冻胀共同作用的结果.     

强震作用下冰水域桥墩动力响应研究分析

地震作用下冰水域桥墩受到动水压力与动冰荷载的的双重影响。基于Morison动水理论和Croteau动冰力模型,提出一种适用于冰水域桥墩动力时程反应分析的简便计算模型,通过振动台试验验证了其有效性,并分析了海冰质量和水深对冰海域桥墩动力响应的影响。结果表明,强震作用下有冰时墩底最大曲率比无冰时最大增加8.93倍,桥墩被自由冰包围时,墩底截面出现最大曲率时对应的海冰质量随着水深的增加而变大;随着冰质量的持续增大,墩身最大位移易超越极限位移,造成桥梁垮塌,在桥梁设计中应重点考虑。     

新疆阿勒泰地区积雪变化特征及其对冻土的影响

依据新疆阿勒泰地区气象台站观测的1961-2011年最大积雪深度、 积雪日数资料与安装在库威水文站的雪特性站观测的积雪密度资料, 讨论了新疆阿勒泰地区积雪的变化特征. 结果表明: 阿勒泰地区近50 a来最大积雪深度变化均呈显著增加的趋势, 且西部最大积雪深增加趋势大于东部. 积雪日数变化较为复杂, 在空间分布上有差异, 位于最东面的富蕴和青河50 a来积雪日数呈减少趋势, 其余各站均为增加趋势, 且东部历年平均积雪日数略高于西部, 积雪日数的增加趋势比最大积雪深度增长得平缓. 2011年8月-2012年9月在阿勒泰额尔齐斯河上游库威水文站架设的雪特性站观测资料表明, 在额尔齐斯河源头高山区冬季积雪主要是空心化的密实化过程, 升华可能是其主要的物质损失过程, 引起升华的主要气象要素是气温、 风速和水汽压. 各站月最大冻结深度与海拔关系较为密切, 随海拔的增加而增大. 积雪20 cm厚是积雪对下伏土壤冻结影响的一个界限, 积雪厚度超过20 cm就有一定的保温作用; 积雪超过40 cm时, 气温变化对下伏土壤冻结的影响保持稳定, 冻结深度也达到稳定值; 但当积雪厚度超过70 cm之后, 冻结深度会再次发生变化, 可能是由于地温从下向上的影响或地温不能与气温交换而产生的又一次变化.     

模拟季节冻土层影响的冻土墙模型试验

在季节冻土环境中使用人工冻结法时,由于季节冻土层与人工冻土共同存在,在前者影响下人工冻土墙的水平位移和制冷能量消耗与无季节冻土层时有显著不同。在改装的试验台上,通过使用水平冻结管形成季节冻土,用竖向冻结管形成冻土墙,施加水平荷载,模拟了6种季节冻土层温度条件下冻土墙的形成与开挖过程,以研究季节冻土层对冻土墙耗能、受力和变形性能的影响。结果显示,与无季节冻土层的情况相比,季节冻土层温度为-12 ℃时可减小冻土墙水平位移达8.79 mm,约占墙体总位移的52%,耗能量可减小40.4%。试验结果证明季节冻土层对冻土墙的影响不容忽视,在工程中应充分考虑季节冻土层的节能效应和变形约束能力。