我国作为一个幅员辽阔的国家,地形差异较大,部分地区属于高寒地区存在较为广阔的冻土。季节性冻土对于当地的基础设施建设例如高速公路来说影响重大,极大地影响了道路的通畅性。因此在开展工程建设的过程当中,要加强对于季节性工作区高速堤边坡的设计。本文围绕土工格栅和石笼挡墙两种方式进行高速堤边坡的加固。

针对高寒冻土地区的特点,分析了公路桥梁病害及其产生机理,指出导致高寒冻土地区公路桥梁病害的原因有设计不合理、工艺方法选择不当等原因,同时提出病害处理与桥梁加固方法,为实际桥梁养护及管理提供技术参考。

为了研究波纹钢结构在冻土地区对既有盖板涵的影响,通过对冻土地区既有盖板涵结构的病害调查、实地检测和数值模拟方法,分析了波纹钢加固盖板涵结构在正常状况和多种不利条件下的加固效果和受力状况。数值模拟的结果表明:波纹钢结构能显著改善盖板涵结构的内力和挠曲变形的程度;波纹钢结构在遭受腐蚀导致壁厚变小时,其加固性能随着壁厚的减小而缓慢降低;当原盖板涵结构失去承载力后,波纹钢结构仍能有效发挥原盖板涵结构的功能;在反复冻融情形下,波纹钢结构仍能发挥其加固效果,其加固后的涵洞顶面和垫层顶面的竖向相对变形均小于加固前的相对变形。

为治理季节冻土区路基冻害,减小冻融期间因水分迁移而引起的不均匀冻胀,提出一种黏土浆液注浆方法,通过数值计算并比较应用此种方法加固前后路基内部振动响应变化,结果表明此注浆法对于减小路基内部振动响应效果明显。

中国东北地区有着复杂的地质工程条件,需要同时处理地质学和冻土学问题。该文针对冻土地区公路的路基和路面结构容易发生形变的问题,根据不同路段的特点,提出并实施了道路下部结构和路基的具体施工方案。同时,延长个别公路区段检修周期的间隔时间,从整体上提高公路的运行可靠性。为了执行地质工程监测,利用相关设备获得道路下部土壤结构的应变状态和温度信息。两年监测结果表明:1号路段建议修建防水护堤,防止路基主体渗水;2号路段的损坏情况不大,热稳定剂发挥了重要作用;3号和4号路段的路基和下部结构得到了有效加固。

全面掌握冻土与结构接触面冻结强度研究进展,是进一步深入开展冻土与结构接触面冻结强度研究的前提。首先,从接触面冻结强度定义、接触面冻结强度剪切试验仪器研发、动静荷载作用下接触面冻结强度试验、接触面冻结强度数值模拟等多个角度系统归纳接触面冻结强度方面的最新研究成果。其次,通过对比不同接触面冻结强度剪切仪,指出现有试验仪器的不足,提出接触面冻结强度成因及破坏机理缺乏深入揭示的原因,讨论现有冻土与结构接触面单元模型、接触面冻结强度预测方法等方面存在的问题。最后,提出研发改进冻土接触面冻结强度试验仪器以更好模拟实际工况的展望,指出应当运用冻土微观结构研究手段深入揭示接触面冻结强度成因及破坏机理,建议结合试验和理论推导构建更为合理的冻土与结构接触面单元模型,阐述以多影响因素试验为基础探寻更为完善的接触面冻结强度预测方法。通过国内外研究现状、存在问题及其发展趋势分析,为冻土与结构接触面冻结强度研究以及冻土区地下工程设计和隧道工程人工冻结加固等方面提供参考和指导。

本文通过对路基冻害成因及形成过程的探究提出了相应路基加固和养护方式。主要有针对冻胀病害的物理化学加固法,保温法和针对冻融沉陷病害的排隔水法和增强建筑物刚度以达到抵抗冻融变形能力的方法。

确定了在冻土层以上的壳式基础中间层使用不冻敏感材料的建设性方案,研究了在基础的内层空间进行整体组装和中间层设备生产技术,同时,提出了预制壳式单一及整体基础设备生产工艺。

为解决高原冻土环境下巷道高冒区施工难度大的问题,通过现场实测及TSP200超前地质预报技术,分析掘进工作面前方围岩和水文地质情况,针对高原冻土环境下低温、低压、机械降效对夯管帷幕施工的影响,提出了采用超前大管棚帷幕注浆支护方案,并选择TT350型夯管锤进行夯管帷幕施工。结果表明:在高原冻土环境下井巷高冒区采用夯管帷幕注浆支护施工工艺,解决了低温、低压、机械降效等因素的制约,20 d完成了单根长度达30 m的夯管帷幕施工,较大幅度提高了施工效率。

采用三维有限元的方法对冻结法在盾构对接施工地层加固中所形成的冻土帷幕的应力状态和变形进行分析与安全评价,分别探讨单排管与双排管2种不同冻结方案的情况。对于盾构对接施工中刀盘拆除情况进行了模拟,分别选取圆周方向上一次性拆除不同长度的刀盘,研究其对冻土帷幕应力强度、径向变形和主应力的影响。研究结果表明,利用冻结法加固盾构对接是可行的;双排管冻结方案相比单排管冻结方案,安全性上有很大提高;圆周方向一次性拆除刀盘的长度对冻土帷幕的各个指标影响较大。利用计算结果,可为盾构对接施工时冻结法地层加固提供参考依据。