能量桩是一种既可以与土体进行能量交换，又可以承担上部荷载的桩基形式。上部土层冻结，下部土层未冻结，由温度变化引起的桩体自身变形及土体的冻胀融沉引发的桩体位移是能量桩在季节性冻土地区推广中亟待解决的主要问题。针对季节性冻土地区土体温度分布特点，将土体分为冻结层和非冻结层分别开展模型试验，测得冻结层和非冻结层中能量桩多次温度循环后的桩—土温度分布、桩周土体孔隙水压力及桩体位移的变化规律。结果表明：在非冻结土层中，多次循环取热后桩顶会产生不可逆的沉降位移，5次取热循环后，桩顶沉降达到0.95%D(D为桩体直径)，且桩体沉降未达到稳定；在冻结层，放热过程中能量桩会发生桩体融沉现象，恢复过程中会发生桩体冻胀现象，融沉导致的沉降位移随着循环次数的增加逐渐减小，在第3轮放热循环后消失。第1、2、3轮的融沉位移分别为5.9%D、0.93%D、0.11%D。每轮循环过程中，冻胀引起的上升位移虽逐轮减小，但在5轮循环之后依旧存在，且冻胀引发的总位移呈阶梯状上升，桩体最终产生上升位移，达到3.8%D。
随着我国经济的发展和国民生存范围的不断扩大,越来越多的多年冻土地区需要进行相关的工程建设,其中输电线路在多年冻土地区的建设中面临着冻土退化等诸多问题,这些问题导致输电线路塔基的基础沉降变形现象变得尤为突出,因此需要对建成后的塔基进行长时间连续的沉降变形观测,保证塔基的安全运营。
冻土在冻融过程中不论是融土区、过渡区还是冻土区都涉及应力场问题,而且应力场对土体的冻胀、压密变形过程及冷凝冰的形成起着重要作用。冻土区埋地输油管道周围土壤受管道油流及大气环境的影响,易产生不同特点的应力变化,发生融沉和冻胀变形,对输油管道造成破坏。以多年冻土区A管道的监测资料建立冻土区埋地输油管道应力分析模型,为与其并行敷设的B管段提供参考依据。分析发现:油压很大程度上制约了最大允许沉降变形;增加壁厚可以有效提升允许沉降变形,且油压越高,增加壁厚的作用越显著;当油压较高、差异性变形超过0.8 m时,采取增加管壁厚度的结构措施的效率是降低的,因此,在这些路段还应该采取一些其他措施,如合理改进融沉/非融沉过渡,降低融沉过程中管道的弯曲应力。
基于高速列车运行引起的轨道-桥梁-桥墩-季节性冻土区场地的地面振动和沉降问题,选取哈大高速铁路铁岭至四平段某桥墩及周围基础场地为测试段,对实测数据从时域和频域两方面进行分析,研究了桥墩及周围不同场地的振动特性,结果表明:桥墩和基础场地的振动特性存在很大的差异,基础场地对振动有放大效应,且不同基础场地对振动的放大效果也明显不同。结合实测概况建立了桥墩-基础场地有限元数值模型,分析桥墩及基础场地在不同季节的振动传播特性,以及基础场地土体内部的应力分布情况,并利用累积塑性应变模型对重复列车荷载作用下季节性冻土区基础场地的沉降变形进行分析,发现场地振动加速度峰值随与桥墩距离R的增大而衰减,且在冻结季的振动衰减速度明显小于非冻结季的;基础场地地表的累积沉降在距桥墩R=0.5 m处最大,且随着列车荷载作用次数的增加而增加,最后逐步趋于稳定。
为了减少冻土区工程地质灾害,提高建筑物耐久性,进行冻土性质的研究。文中对西宁~果洛沿线冻土进行了强度-温度试验与温度-沉降变形试验。试验结果表明,0℃以下时,环境温度越高,冻土强度越低;低温冻土到高温冻土,冻土的破坏形式由脆性破坏过渡到塑性破坏;随温度升高,冻土沉降变形速率不同,-1℃以下沉降变形基本不随温度变化而变化,-1℃1℃沉降变形随温度升高骤然增大,1℃以上沉降变形随温度升高成线性增长;初始环境负温越低,最终沉降变形量越大。
为研究东北大兴安岭多年冻土地区路基工后沉降变形特点,选取中俄(中国-俄罗斯)原油管道漠大(漠河—大庆)线林区伴行路典型断面,沉降监测设备采用分层沉降仪,通过沉降管上磁力环位置的变动来跟踪观测路基沉降变化,以DS18B20温度传感器为温度采集单元,布设温度监测系统监测多年冻土由于筑路引起的地温变化,并结合室内试验对多年冻土地温和冻土上限变化及路基沉降变形进行试验研究。研究结果表明:工程竣工通车后的2年里,由于路基填土覆盖致使地温升高、冻土产生退化、冻土上限下移;季节活动层压缩和冻土融化压缩是引起多年冻土区路基沉降的主要变形源,冻土融化压缩产生的变形所占比例最大,占总沉降量的50%;每年8～11月份时段融化层压缩导致路基沉降变形明显,进入12月份随着季节融化层冻结和冻土上限上移稳定,路基沉降开始趋缓;路基融沉发育具有一定的坡向性,在一个冻融循环期内,阴坡面路基下多年冻土融化时间比阳坡面的少30d左右,阳坡面路基沉降量大于阴坡面路基沉降量;在相同条件下,高含冰量冻土融化压缩变形大于低含冰量冻土融化压缩变形,填高大于3m的路堤随着填土高度的增加,冻土融化压缩变形增大。研究结果可为大兴安岭多年冻...
路基变形是路基稳定性的外在表现形式。基于青藏铁路多年冻土区路基变形与温度监测资料,分析了铁路路基变形总体特征,并探讨了路基变形的来源。该研究为青藏铁路路基稳定性判断及病害预警提供数据支持,为铁路工程的维修养护提供依据,也为变形理论分析提供必要的科学依据。研究结果表明:青藏铁路自通车运营以来路基变形总体上趋于平稳,仅有2个断面的变形超出规范要求,但仍有部分监测断面的沉降变形处于发展之中。(部分路基断面不均匀变形明显,表现为路肩纵向变形和路基横向变形差异较大。路基变形较大的断面,其变形主要来自路基下部因多年冻土人为上限下降而引起的高含冰量冻土的融沉变形、融土的压密变形以及下部多年冻土的压缩变形。路基变形较小的断面,其变形主要来自路基下部多年冻土与残余冻土的压缩变形。)
通过漠北公路沿线各试验段不同冻土条件和工程措施下各层土体沉降变形状况,分析东北高纬度岛状多年冻土区路基沉降变形主要发生土层部位及其破坏原因。分析结果表明:路基施工完成后早期路基变形较大,主要由工后不均匀沉降变形引起,变形主要由原天然地面下季节活动层的沉降压缩变形等引起,由于运营时间较短,由多年冻土融化引起的沉降变形很小。路基沉降变形主要发生在暖季,在冷季(11月～次年6月)路基基本保持稳定,变形很小。路基整体变形状况与冻土含冰量、冻土地温有一定的关系。高温多年冻土区比低温多年冻土区变形大。
文中利用青藏铁路监测断面路基沉降变形数据建立了残差叠加灰色预测模型,结果表明该模型具有较高的精度,能够较为准确的预测多年冻土路基沉降变形。