介绍GNSS（全球导航卫星系统）自动化监测技术的工作原理和应用组成。依托在建G0615线久治至马尔康段高速公路某段典型高边坡项目，采用GNSS自动监测技术进行位移监测，对监测数据进行分析，显示出边坡位移变化与降雨、冻融循环有较好的响应，论证自动化监测方案的可行性；在高寒、高海拔地区高边坡监控中，自动化监测技术的应用优势更加明显。

设计开展了不同温度和初始干密度工况下冻土桩基的水平承载特性试验,试验结果表明:相同温度下,桩基的桩顶位移随干密度的增大而逐渐减小,但是当温度为-0.5℃时,桩顶位移随干密度的增大而增大,相同干密度情况下,温度越高,桩顶位移越大,且破坏方式由脆性向塑性转变;荷载和温度越高,干密度越小时,桩身最大弯矩值越大,对桩身产生的弯矩影响范围也越大;采用等时荷载—位移曲线法得到了不同工况下桩基的临界水平承载力,并经拟合分析得到了冻土桩基在不同工况下的水平临界承载力经验公式,相关研究结果可为冻土地区桩基工程设计和施工提供借鉴。

哈尔滨地区一年内温差巨大,该地区的冻融冻胀效应对深基坑支护结构的稳定性影响严重。对哈尔滨某深基坑进行监测与分析,结果表明:冻融冻胀对深基坑变形影响显著。土壤处于融化期时,沉降量增大。支护结构在最低温时平移最快。冻融冻胀对距离阴角越近的土体影响越小。基于Prandtl Reuss塑性理论的土体塑性变形模型可用来预估深基坑地表沉降速率与沉降量。研究成果可为类似工况的深基坑工程提供参考,对深基坑变形采取预防措施。

在多年岛状冻土区,公路的走向会使路基两侧坡面及其下伏土层的地温环境存在较大差异,从而导致路基结构发生不均匀热变形,继而引发纵向开裂、热融沉等严重的路基病害,直接威胁行车安全。掌握该类路基坡向性差异特征是提高公路设计质量,改善路基热稳定性的前提,因此,以实际工程为载体,采用有限元数值模拟方法,通过在路基两侧坡面施加差异性热流密度,对高纬高寒地区多年岛状冻土路基的坡向性热效应展开研究,研究结果表明:路基热稳定性会随着坡面热差异的增大而发生不均衡性变化,依据差异性热流密度条件下的路基位移场热响应情况,揭示了多年岛状冻土路基在不同状态下的坡向性热变形特征及可能诱发的路基病害。

采用自行研制的冻土-群桩室内模型试验装置,研究在补水条件下,单向冻结过程中融沉土体与群桩的相互作用;测定在相同含水率条件下,不同融化温度时冻土的温度场、桩顶上拔位移和桩不同位置处的侧摩阻力随时间的变化趋势。结果表明:升温回暖过程中,各深度土样温度变化趋势基本相似,具有明显的时间效应,大致可分为缓慢降温阶段、升温阶段和温度稳定阶段,不同位置桩的沉降位移发展规律可大致分为桩身稳定阶段、快速沉降阶段和缓慢沉降阶段;融化温度越高,升温阶段维持时间较长,冻土融沉更加完全,桩最终沉降量也更大;融沉过程中,桩身负摩阻力呈现正负交替分布的状态,融化温度越高,桩身所受的负摩阻力越大,且中心桩所受的负摩阻力比角桩的小。

为研究冻土区横向滑坡对管道应变的影响,采用ABAQUS有限元软件建立冻土区管道横向通过滑坡的模型,研究了山体高度、滑坡位移和滑坡宽度对管道应变的影响规律,得到如下结论:冻土区山体滑坡时,横穿管道所受的轴向应变主要为拉应变,最大应变在滑坡与非滑坡交界面,是危险截面;管道应变随山体高度、滑坡位移和滑坡宽度的增加而增大;冻土区管道敷设不宜超过高55 m的山体,因为该高度山体滑坡后,埋地管道可能快速发生塑性变形,山体高度对管道应变影响最大为44. 0%;低矮山体滑坡位移对管道应变影响更明显,应变增量可高达1倍;滑坡宽度对管道应变的影响最大为27. 0%,但滑坡宽度为20 m时,管道应变突增,建议每隔20m左右设置抗滑桩,山体越高,防护措施布置应更紧密。研究结果可为冻土区埋地管道的施工建设提供理论依据。

为了研究动载对冻土桩基传递函数的影响,制作了室内冻土-混凝土单桩模型,在静载的基础上对模型桩施加不同频率和不同大小的正弦波动荷载,分析冻土桩基的桩土相对位移、桩身轴力以及桩侧冻结应力沿桩体埋深的变化规律,并根据试验结果进行理论推导,得出考虑动荷载作用的冻土桩基传递函数及反映动载影响的动荷载系数。结果表明:桩土相对位移与桩身轴力沿桩体埋深逐渐减小,桩土相对位移沿埋深近似呈1/4正弦波长变化,桩侧冻结应力沿桩体埋深先增大后减小,在桩体埋深1/2处达到最大值;随着动载频率的增大,桩顶位移、桩土相对位移及轴力减小而桩侧冻结应力增大;桩侧冻结应力沿桩体埋深的传递函数可表示为桩土相对位移与动载频率的函数,据此得到动载影响系数沿埋深的变化,其大小随着动载频率及动载占比的增大而增大。

本文提出了一种计算冻土区接触网支柱基础位移安全阈值的方法,通过选取具体的一种接触网支柱型号进行计算,得到■350钢管支柱基础的安全移动阈值,给出测量支柱倾斜数据的监测方案,对冻土地区接触网支柱基础的埋深设计及提高运营安全具有参考价值。

采用自行研制的冻土-群桩室内模型试验装置,研究在地下水补水条件下,土体单向冻结过程中土体与群桩的相互作用;测定在相同含水率条件下,冻结温度分别为-10、-15℃时,冻土的温度场、桩顶上拔位移和桩不同位置处的侧摩阻力随时间的变化趋势。结果表明:在单向冻结过程中,桩周土体温度呈渐变趋势,并且与冻结温度有关;桩顶上拔位移发展有3个阶段,即迅速增长阶段、稳定增长阶段及逐渐平稳阶段,并且冻结温度越低,桩顶上拔位移越大;不同冻结温度的桩周摩阻力沿桩身变化趋势类似,即摩阻力呈现正负交替分布的状态;角桩的桩顶上拔位移和桩侧摩阻力最大绝对值均比中心桩的大。

调节热传导是延缓多年冻土退化和保障冻土工程稳定的途径之一。在全球升温的背景下,单纯采用保温措施来提高冻土地基的稳定性是不适宜的。热半导体具有夏季热阻大、冬季热阻小的特点,在多年冻土区具有良好的应用前景。为了解不同因素对热半导体冷却多年冻土效果的影响,该文采用一维模型数值模拟并分析了多年冻土区热半导体覆盖层的温度位移。结果表明,冻融导热系数比愈高、热半导体材料愈厚、较湿润的表土、接近表土冻结温度的年平均地表温度和较大的温度波幅有利于产生较大的温度位移。