为提升公路沥青路面设计水平，避免季节性冻土地区的沥青路面在重交通荷载作用下产生温缩开裂病害，影响行车安全性和舒适度。本文分析了季节性冻土地区重交通沥青路面的轴载计算方法、路面结构设计原则、沥青路面层数和层厚确定方法，并推荐了路面结构组合。同时，以某季节性冻土地区的公路为研究对象，分析了车辆轴载对路面弯沉、剪切力及基底拉应力的影响，以评价路面结构设计效果。
针对盾构接收时洞门位置地下连续墙与地层交界面突发涌水的情况,采取留置盾壳、盾壳内敷环形冻结管形成冷板传递冷量的方式,对盾壳外侧地层进行冻结,形成环形冻结壁封堵导水通道。采用ANSYS软件对冷板冻结设计方案进行仿真模拟分析,研究冻结温度场变化规律及冻结壁温度分布特征。研究结果表明,仿真模拟与现场实测冻结壁的发展相近,冷板冻结可有效加强土层与盾壳交界面的冻结效果,提高施工安全水平,提升盾构进洞应急处置能力。
各种类型的埋地管道在设计时,常常忽略管道在作业过程中因受热胀冷缩和腐蚀作用时的受力变化情况。随着管道使用时间的延长,管道由于冻涨及腐蚀介质影响而不可避免的发生破损现象,特别是当埋地管道处于冻土区时,冻涨融沉现象对管道的破坏作用更加明显。因此结合冻土区埋地管道受力变形破环因素,基于有限元模型来分析冻土区埋地腐蚀管道的力学行为,进而全面了解不同的环境温度、腐蚀深度和长度等对管道应力产生怎样的影响,从而为制定管道腐蚀防控预案提供依据。
以工程实际环境为研究基础,阐述砂性土堤防在冻融作用下的破坏机理,并介绍一种新型研究水分迁移试验装置,利用该装置测量黑龙江干流堤防典型砂性土试样在冻融循环作用下的温度场、水分场、应力场的时空分布。试验结果表明:堤顶公路破坏与堤身不均匀沉降有关,温度变化引起含水率出现梯度变化,从而出现应力场变化,且温度梯度含水率梯度呈线性关系。冻结初期土柱顶部出现应力增加,稳定后应力减小,稳定冻结深度1 m左右。
路基冻胀问题是影响季节性冻土区高速铁路平顺性的核心问题之一,严重影响高铁运营质量和安全。混凝土基床是一种新型的高速铁路路基防冻胀结构,能够有效减少路基冻胀问题,但也存在其本身在季节性冻土区气候环境下的变形问题。使用顺序耦合热应力分析对混凝土基床开展仿真计算,分析其在不同长度、不同温度环境下的变形规律。研究结果表明:混凝土基床存在冬季两端翘曲现象,在极端条件下变形差可达4.8 mm,结构长度和环境气温均对变形有影响。
为了研究列车荷载作用下季节冻土区铁路路基的动力响应规律,采用ABAQUS有限元软件建立京哈铁路路基模型,平衡初始地应力,并以此为基础,对单次列车荷载以及长期列车作用下的高铁路基进行动力响应数值模拟分析。结果表明,在单次列车、列车长期荷载作用下,对比不同时期路基的位移场、应力场变化情况,得出季节性冻土区夏季温度较高时,单次列车荷载下路基表面竖向位移、速度、加速度、应力值均大于冬季,在相同深度处各值的衰减程度也大于冬季;同一时期单次列车荷载与列车长期荷载分别作用下,单次列车荷载作用下的路基竖向位移与应力等值大于列车长期荷载作用下的结果。
为了确保油气管道在冻土区的安全铺设,采用ANSYS有限元分析法以及理论计算的方法,对冻土区的管道破坏特征进行研究,研究了冻土的冷生构造分类、油气管道失效因素以及管—土相互作用、管道周围冻土温度场,油气管道的纵向温度场的分布等。研究得出:随着深度的增加,各点土层的最低温度逐渐变小,最高温度逐渐变大,符合低温变化规律;不同深度处地温随大气变化情况符合正弦周期变化,而且随着深度增加,各曲线振幅随深度增加,出现衰减。模拟可知,最大压应力发生在距离67.5 m(分界面距右2.5 m处)处的管顶;最大拉应力发生在距离61.5 m(分界面距左3.5 m处)处的管顶。对于不同厚度的冻土,应采取相应措施,避免冻胀与融沉现象的发生,从而更好的指导冻土区管道的设计、施工以及维护。
以青藏铁路路桥过渡段作为ANSYS分析模型,采用一种8节点高级单元进行模拟,得出热棒对路桥过渡段的降温效果以及沉降差影响.有限元分析结论对多年冻土区路桥过渡段不均匀沉降采用热棒路基来治理是否合理提供了理论依据.
在模型试验的基础上,利用Ansys有限元软件,对不同温度冻土和融土中单桩的竖向承载力进行了分析,得出了冻土温度对单桩承载力的影响,以及在冻融条件下单桩承载力的变化,为西部大开发中冻土地区桩基础的设计与施工提供了理论依据与方法指导.
分析大庆深季节冻土区铁路路基的冬季现场加速度监测结果,获得了列车经过时铁路路基冻结地表振动加速度的时程特性及其衰减规律,并运用动力有限元方法进行了动力响应分析。研究结果表明:①随着列车行驶速度的增大,路基振动加速度亦增大,且重载货车振动响应大于高速客车;②列车行驶引起的路基振动加速度幅值,随着距线路中心距离的增加而迅速衰减;③应用有限元方法分析列车行驶路基振动特性是可行的。本文为研究深季节冻土区铁路路基振动特性提供了一种分析方法,对加深了解深季节冻土区铁路路基振动特性具有重要意义。
