由于大型渠道断面大、渠坡长,渠基冻土沿坡长方向的切向冻胀及衬砌板的冻缩变形不可忽略,该文把大型渠道衬砌板的冻胀破坏视为两者共同作用的结果,结合冻土的Winkler弹性地基假设,并考虑冻土冻胀变形的双向冻胀差异,提出一种开放系统梯形渠道衬砌板法向和切向冻胀力的计算方法及内力计算公式。基于弹性地基理论推导了衬砌板的冻缩应力表达式,并由迭加原理提出大型混凝土梯形渠道衬砌板的抗裂验算方法。以甘肃靖会灌区某梯形渠道为原型,分析了衬砌板各截面内力和冻缩应力的分布规律,进而确定了各截面最大拉应力的分布规律及危险截面位置。对综合考虑冻土双向冻胀和衬砌板冻缩及仅考虑法向冻胀的2种情形进行对比分析表明,基于前者的衬砌板最大拉应力为2.134 MPa,而基于后者计算的相应值仅为1.494 MPa,与前者相比偏小、偏不安全。因此,在大型渠道的抗冻胀设计中建议综合考虑冻土双向冻胀和衬砌板冻缩变形的影响。

假定渠基冻土为服从Winkler假设的弹性地基,提出一种针对开放系统混凝土梯形渠道的衬砌冻胀力分布计算方法。基于弹性地基梁理论引入与冻胀变形成比例的附加项来反映衬砌冻胀变形引起的冻胀力释放和削减,导出考虑冻土与衬砌结构耦合作用的冻土地基梁挠曲线微分方程。基于此,对现浇混凝土梯形渠道底板和坡板分别建立冻胀模型,并结合边界条件对方程求解获得渠道底板和坡板挠度和内力的解析表达式,进而建立了基于衬砌冻胀位移计算的渠道衬砌冻胀破坏判断准则。以新疆塔里木灌区某梯形渠道为原型,对衬砌各点冻胀位移进行了计算,并与材料力学方法的计算结果及原型观测值进行了对比分析。结果表明,本文方法由于考虑了衬砌冻胀变形引起的冻胀力释放和削减,冻胀位移计算结果均较材料力学方法小,且与观测值更加符合。研究结果可为现浇混凝土梯形渠道的抗冻胀设计提供参考和理论依据。

我国是一个疆土辽阔的大国,各地区的地质条件都有着千差万别的区别,尤其在我国西南、西北和东北等地区,甚至还存在很多多年的冻土土质。若是在这种区域内进行铁路建设,则存在的挑战性和风险性也是十分明显,所以为了保障我国交通运输业的长期发展,相关地质勘探单位,就要采取先进的勘测设备和仪器来进行冻土地质考查,而现下,探地雷达是该地质勘测环境中应用率最高的勘测设备,本文也会对其在冻土工程地质勘查中的应用进行详细的分析和论述。

介绍了青藏铁路冻土层的概况,利用热管技术来解决冻土层路基软化,通过对热管的理论分析,得出其应用在铁路路基问题影响和作用。

冻土导热系数表征了冻土体传导热量的能力,冻土结构不同,导热系数不同。冻土由于其结构的特殊性,温度上升过程中内部结构时刻发生变化,从而导热系数时刻变化着。本文利用一种新型室内实验测试方法,研究了冻土导热系数的快速测试技术,并通过改良稳态法,研究了温度上升过程中导热系数的变化规律,所得导热系数变化曲线同工程实践经验相符。

青藏高原是我国乃至世界高海拔多年冻土区的典型代表。伴随着青藏铁路的建成通车,西藏自治区迎来了新一轮经济发展,迫切需要新建高速公路、输变电线路、输油气管道工程等。这些拟建工程与已建的青藏公路、青藏铁路、格拉输油管道、兰西拉光缆等工程均聚集于宽度不足10km范围内的青藏工程走廊。在这狭长的冻土工程走廊内,已修建或拟建的各种冻土构筑物相互影响,多因素耦合叠加,加速区域内的冻土退化,而冻土融化必将影响到工程的稳定性和生态环境退化。再加上全球气候变化的影响,其变化程度更加剧烈。面对国家需求,国家重点基础研究发展项目"青藏高原重大冻土工程的基础研究"于2012年4月正式启动。该项目旨在揭示气候变化与人类工程活动加剧背景下冻土变化及灾害时空演化规律,建立冻土工程稳定性和服役性能评价体系,提出冻土工程灾害防治理论与控制对策,为冻土构筑物群灾害应急预案和重大冻土工程建设提供科学决策依据。

热融湖的侧向热侵蚀对周围冻土工程产生较大影响。在柱坐标下,运用带相变的数值热传导模型,预测了热融湖影响下冻土路基的地温场发展状况和可能造成的工程病害。预测结果表明:在不考虑湖岸坍塌后退、面积扩大的情况下,热融湖对冻土路基的热影响主要受湖底年平均温度和湖边到路基的距离两个因子的影响。湖底年平均温度越高,对路基的热影响越严重;湖边到路基的距离越近,对路基的热影响亦越严重。突出的表现在坡脚、路基中心平均地温升高和融化夹层在水平、竖直方向的发展。如果考虑热融湖的湖岸坍塌后退,实际增温要比模拟的结果更明显,影响更严重。

格尔木拉萨成品油管线穿越青藏高原腹地多年冻土区,沿线气候严寒、冻土工程地质条件复杂.几十年来,气候变暖和人类活动已经对管道沿线的冻土环境产生了显著影响.总结了自运营以来格拉管道出现的冻土工程问题及管道沿线的生态环境问题,并就各种问题给出了相关措施和建议.同时,提出了该区管道建设和寒区环境研究的方向应包括加强管道内外检测、对管道进行风险评价、提高管道自动化管理水平、建立冻土长期监测体系以及保护沿线的生态环境等.

2009年10月在西安召开第八届国际冻土工程会议,就冻土地区工程设计与建设、季节冻土区工程冻害防治、冻土物理力学特性、模型发展及其应用、寒区气候、环境及冷生变化、多年冻土水文学、寒区水资源和土地应用等主要议题进行了广泛交流,报告了近年来冻土工程与环境研究方面的一些新进展.从冻土工程设计、施工和评价、普通冻土研究、冻土的物理力学性质、冻土模型发展及应用、气候变化及冰冻圈环境等方面对该次会议交流的成果进行了总结.与会研究者认为今后的研究一方面要加强理论研究、工程措施机理研究;另一方面要加强寒区环境对气候变化的响应及反馈、以及环境变化与冻土工程措施之间的相互作用研究.

达坂山公路隧道位于高海拔寒冷地区,自然条件非常独特(高寒、低氧、多雨雪、冬季较长等),地质条件又很复杂,这些不利因素为工程的设计和施工带来了许多新问题,最为突出的是:工程的冻害及水害的防治;隧道的开挖、贯通和营运,改变了原有的温度场、应力场和地下水的迳流排泄途径;传统施工方法受到挑战等.隧道工程的冻害及水害的防治是关系到隧道能否正常营运的关键.为了克服和解决以上问题,经过反复研究和论证,采取了必要的的工程措施和先进的施工方法,确保了该隧道的顺利竣工和正常营运,为建设同类隧道积累了宝贵的经验.