该文以“一带一路”国家重要项目西藏羊大公路改建工程为依托，研究高原冻土地区涵洞冻融力学特性，采用Midas GTS NX有限元软件建立钢波纹管涵洞与水下防冻钢筋混凝土管涵4种工况下力学模型，通过设置土层温度变化函数，分析两种高原地区常用涵洞管道材料在经历冻融循环前后土层内力变化，管涵等结构层内力、位移变化以及铺设双向HDPE高密度聚乙烯土工格栅内力变化规律。研究结果表明：在经历冻融循环后两种材质管涵塑性区均增加，但是采用水下防冻钢筋混凝土管具有更好的协调变形能力；钢波纹管涵经过冻融循环后中点与两端主应力、剪应力变化率、不同路基边坡测点位移量均比水下防冻钢筋混凝土管涵小，更适宜在高原寒区使用；铺设双向HDPE高密度聚乙烯土工格栅后可以有效降低路面结构层不均匀变形；将建模理论计算值和施工现场检测数据进行比较分析，验证了该文方法的正确性。

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。

本文通过对于国道G109线(青藏公路)路段的公路工程概况和该地区的自然地质条件的调查结果的分析,以及青藏公路涵洞使用状况调查方法与调查结果的探讨,在此基础上论述了多年冻土区涵洞破损类型与特征,并对其发生的深层次原因进行了较为详尽的总结,提出针对多年冻土地区涵洞破坏原因,应从4个方面入手,采取措施进行病害防治:减小工程对多年冻土的热扰动;消除或削弱季节活动层的冻胀和融沉;增强涵洞结构抵抗和适应冻融变形的能力;消除或减小涵底渗流。

考虑风速对涵洞温度场的影响,采用有限元数值方法对深季节冻土区涵洞温度场分布规律进行研究,并对类似地区涵洞防冻设计问题进行分析,得到以下结论:涵洞侧壁土体温度场以涵洞中心为轴线呈"倒钟"形分布,涵洞中心附近土体温度变化较剧烈;涵顶路基处填土温度沿涵顶到路基顶面先逐渐增大后逐渐减小,沿洞口向路基中心方向逐渐增大;风速对涵洞中心一定范围内土体的温度场影响较为显著;通过改变保温板布设位置和厚度得出不同条件下涵洞周围土体的温度分布规律,对比分析认为,保温板可起到良好的保温效果,保温板铺设位置、保温板厚度是分别影响涵顶、涵侧路基土体温度场的重要因素;保温板外置铺设改善了涵顶路基土体的双向冻结效应,8 cm厚保温板外置铺设的保温效果与10 cm厚保温板内置铺设的保温效果相差不大,建议深季节冻土区涵洞温度场保温设计采用8 cm厚保温板外置铺设方法较为经济合理。

以深季节冻土区在建火渤铁路工程为依托,通过对涵洞温度场的现场监测,分析总结涵洞外侧和洞内温度场分布规律,测试结果表明:(1)涵洞外侧温度场分布曲线随季节变化呈近似正弦分布。(2)冬季低温时,涵洞顶部路基本体温度随深度的增加而逐渐升高,但均为负温,内外温差较小。(3)涵洞外壁温度场呈现出明显的阴阳坡效应,阳坡测点温度较阴坡大1.9℃左右。(4)涵洞洞内各测点温度相差不大,由于风流场作用,涵洞各截面较高温度测点均出现在涵洞涵角处,涵角温度高于其他测点1.2℃左右。测试分析结果可为深季节冻土区涵洞的设计与施工提供参考。

近年来,我国道路建筑工程发展迅速,且较好地满足了人们的出行需求和各地区的交通运输需求。作为道路工程的重要组成部分,涵洞工程的建设情况和质量不仅关系着路基的稳定性,而且对于整个道路建筑工程和交通运输事业的发展也具有重要影响。基于此,本文以高原多年冻土地区为例,进而对此类涵洞工程的主要病害和防治方法进行阐述和分析,以期为今后能够提高涵洞工程质量提供有价值的参考意见。

通过首次对多年冻土地区钢波纹管涵洞施工过程中管内应变变化规律分析,得出钢波纹管管内波峰、波谷、波侧随填土高度增加变化规律相似。

在深季节冻土区,涵洞的存在使其基础的冻结深度大于天然场地冻结深度,前者约为后者的2倍,工程中一般将铺设隔热层作为解决方法。本文通过等效厚度换算法比较现阶段3种常用隔热材料的优缺点;以哈大高速铁路上的试验涵洞为原型,运用有限元分析方法,对深季节冻土区涵底有隔热层涵洞的温度场进行数值模拟;为检验隔热层效果,改变隔热层铺设的位置、方式和厚度,分别进行数值计算,了解各因素对涵底冻深的影响,得到适合涵洞基础的最佳隔热层铺设方案。结果表明:泡沫混凝土是涵底隔热层的理想材料,针对试验涵洞,应在基础最上端铺设厚度38cm、比基础宽10cm的泡沫混凝土作为隔热层,这样可以减少涵底最大冻结深度,满足寒区工程需要。

为了防治青藏铁路多年冻土区涵洞病害,通过对4座涵洞的现场变形以及温度场监测,利用现场调查与监测数据分析,查明涵洞病害形成的7种不同原因。结果表明:青藏铁路的施工以及水热侵蚀引起地基多年冻土升温融化下沉以及冻土蠕变下沉是造成青藏铁路多年冻土区涵洞病害的主要原因。可通过减少和杜绝涵洞地基周围的水热侵蚀以及采取埋设热棒等工程措施进而达到防治涵洞病害的目的。

为分析深季节冻土区涵洞对路基及其下地基热状况的影响,建立了涵洞温度场计算模型,基于已有的试验涵洞监测数据,对比分析了所建模型的可靠性,再在该模型基础上,通过改变材料参数和模型尺寸,进行不同情况下的数值计算。结果表明:模拟季节冻土区涵洞温度场时,需要充分考虑热对流效果,忽略填土热对流效果是不合适的,考虑热对流效果的模型在定性和定量上均与现场监测情况一致;在季节性冻土区涵洞设计工作中,应该采取一些积极措施避免或减少对流传热对涵底冻深发展的影响;涵底最大冻结深度随着含水量呈三段式的变化规律:随其增大先减小,后减小速度变缓甚至冻深略有增加,最后又趋于减小;寒区涵洞内径的尺寸对涵底冻结深度方面的影响较大,而净高对涵底冻结深度方面的影响很小,可以不考虑。