针对华北北部地区桩土界面的稳定性开展研究,采用往复直剪仪,在不同法向压力下进行常规直剪试验和往复直剪试验,重点探究了在负温条件下6种细粒含量(0%、10%、20%、30%、40%、50%)对冻土-混凝土界面冻结强度和剪切刚度的影响规律.结果表明:随着细粒含量的增大,常规直剪条件下界面的峰值强度变大,冰胶结强度占比随之提高,且割线模量也不断变大;在往复剪切作用下,界面剪切刚度随剪切循环次数的增加不断衰减,30%细粒含量时界面的剪切刚度衰减幅度最大;虽然细粒的加入会增大界面的剪切刚度,提高界面抵抗变形的能力,但在往复剪切作用下细粒会使界面剪切刚度衰减幅度变大,不利于结构的稳定性.通过层次分析法得出往复剪切次数、细粒含量、环境负温对界面剪切刚度的影响权重分别为58.52%、25.40%、16.08%;该分析结果可为相关工程实践提供参考依据.
为缓解高寒矿区扰动土体难以形成冻土带来的不利影响,选取5种W-OH浓度(0%、1.5%、2.5%、3.5%、4.5%)喷施于扰动土体底部,重构矿区冻土阻水层,进行抗压试验、入渗试验和模拟降雨试验,分别从物理性能、入渗产流产沙、经济性3个层面进行重构阻水层评价分析,采用层次分析法和专家打分法选出8个影响重构阻水层的主要因子,构建重构阻水层功能评价体系,根据综合评分选出该地区最佳的重构阻水层方案。结果表明:(1)W-OH增强了煤矸石固结体的强度,特别是4.5%W-OH浓度时效果最明显。(2)W-OH浓度上升导致重构阻水层入渗率降低,稳渗历时延长,累计入渗量减少。(3)在降雨条件下,W-OH浓度升高降低了煤矸石固结体的稳定入渗率,增加了平均产流率和平均产沙率,并且平均产流率和平均产沙率都同W-OH浓度、坡度存在正相关关系。(4)4.5%W-OH浓度方案功能综合评分最高,但在实际施工中,4.5%W-OH浓度方案易堵塞喷头,故推荐使用评分次之的3.5%W-OH浓度方案重构矿区冻土阻水层。研究结果可为W-OH在高寒矿区重构冻土阻水层应用提供理论依据。
由于泥炭化冻土是冻土工程建设中需要解决的重大问题,因此泥炭与冻土的共生关系备受关注。以川西高原0~30 cm深度的泥炭化冻土为研究对象,从泥炭化冻土的形成和泥炭与冻土的共生关系角度,选取控制因素,分析这些因素的控制机制,并将这些因素作为评价指标;采用熵权法、层次分析法和模糊评价方法,制作出川西高原泥炭化冻土分布图;最后,结合前人的相关研究成果对研究结果进行了验证。研究结果表明,采用的研究方法具有可行性;川西高原泥炭化冻土分布具有区域聚集、空间变异性大和受纬度地带性影响大的特点;高泥炭化冻土的面积为0.8×10~4km2(约占研究区面积的5%),中泥炭化冻土的面积为7.8×10~4km2(约占研究区面积的33%);低泥炭化冻土广泛分布,面积为11.5×10~4km2(约占研究区面积的50%);非泥炭化冻土面积为3.0×10~4km2(约占研究区面积的12%);多年冻土的泥炭化程度最大;冻土与泥炭的共生作用对冻土工程具有显著影响。
基于前人的研究成果和对冻土地区路基资料的调查分析,从热量因素、水分因素、工程地质因素以及设计因素4个方面评价了冻土区路基稳定性。利用层次分析法结合模糊数学理论,选取了13项起主要影响的指标作为评价指标,通过确定各个影响因素对目标的权值,将因素的影响程度进行数学化,提出了一种科学合理的评价方法,建立了冻土区路基稳定性评价体系,对冻土区路基稳定性进行评价。
多年冻土路基冻融沉陷(以下简称融沉)已成为青藏公路的主要病害,针对冻土路基融沉产生的原因,本文总结分析了三类致灾因子对青藏公路路基融沉的影响,提出单因素致灾因子等级评价标准及融沉危险度等级划分标准,基于层次分析法和模糊综合评价法对多年冻土路基融沉进行评价。以青藏公路K3020K3030段为例,采用层次分析法建立多年冻土路基融沉评价模型,确定各致灾因子的权重系数,并结合模糊综合评价法求得融沉危险系数,进而确定该路段融沉危险等级。结果表明:该路段融沉危险度等级为二级,与实际道路情况基本吻合,因此基于模糊层次分析法的评价模型结果可靠,具有一定的实用性。
为了使多年冻土区管道在可控的风险范围内运行,为管道监测与维护重点提供科学指导,引入不确定层次分析法和三角模糊数用于穿越冻土区管道的定量风险评价。首先,充分考虑影响多年冻土区管道稳定的关键因素建立多层次指标评价体系;其次,利用不确定层次分析法,应用区间数确定权重,采用专家评分与三角模糊数相结合的方法,将基本事件模糊评价具体化,通过模糊数学相关运算求出单因素评价集;最后,通过多因素最优决策数学模型选择与数学处理求出管道运行的具体风险数值。
通过对多年冻土区道路路基稳定性的分析和研究,从冻土类型、温度、厚度、地质地貌单元以及工程条件5个方面选取了12项对多年冻土区路基稳定影响较大的因素作为评价指标,建立了冻土路基稳定性评价指标体系。基于安全可靠度并考虑各个影响因素之间的关系,运用层次分析法和模糊数学理论确定冻土区路基稳定状况的模糊综合评价模型,提出了基于安全可靠度的用于评价多年冻土区路基稳定的模糊综合评价方法,并结合青藏公路清水河段进行实例分析,结果表明,在该段公路实施热棒处理措施前后,其路基稳定性评价系统可靠度分别为0.48和0.55,与该段公路实际运营过程中路基稳定状态相一致,即由不稳定到稳定,进一步对布设热棒后路基稳定性进行二级模糊综合评价,其评价系统得分为63.74分。
为了评价青海木里煤田冻土环境,在分析了煤矿开采与冻土环境相互作用的基础上,建立了由冻土热稳定性、冻土冻融侵蚀敏感性和冻土生态脆弱性这三个子系统组成的木里煤田冻土环境评价指标体系,采用层次分析法(AHP法)计算了因子权重,利用文献和野外考察资料,通过权重和评价指标分级标准加权计算建立了评价等级标准并对木里煤田冻土环境进行了综合评价.结果表明:木里煤田冻土环境质量为一般状态,冻土退化现象已经明显,冻融侵蚀现象已经出现,冻土生态环境受到影响,冻土环境已经受到干扰;评价结果客观、准确,与实际相符;AHP法应用于冻土环境评价是科学的,有效的,具有一定的推广和实用价值.