季节性寒区隧道温度场随时间和空间不断变化,为明确季节性寒区隧道温度场的三维时空变化规律,为季节性寒区隧道防冻保温设计提供依据,依托某季节性寒区公路隧道设计了现场监测方案,在隧道洞口段一定范围内布置了5个环境温度场测试断面和2个围岩温度场测试断面,采用现场监测方法获取了隧道洞内环境温度场和围岩温度场随时间和空间的变化规律,在此基础上分别建立环境温度场和围岩温度场时空分布的统计模型,并推导了围岩冻结深度随时间和空间的变化规律。结果表明:隧道环境温度与时间和隧道进深具有三维变化关系,同一个监测断面温度与时间呈正弦函数变化,多个断面平均温度随着隧道进深呈近似线性变化,多个断面的温度振幅随隧道进深呈对数函数变化;隧道围岩径向温度与时间、隧道进深和围岩径向深度3个指标均有关系,同一断面围岩温度随时间也具有正弦变化特征,围岩温度幅值随围岩径向深度增大呈指数规律降低,达到一定深度后温度幅值为零,围岩平均温度呈对数规律变化;围岩冻结深度随时间呈周期性变化,随隧道进深增加呈减小趋势。研究结果可为季节性寒区隧道防冻保温设计提供指导。

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。

青藏铁路K1401+888以桥代路大桥位于唐古拉山主脊的多年冻土区。自青藏铁路开通运营以来桥址区出现了冰锥病害,且部分桥墩发生持续不均匀沉降,给铁路运营安全带来较大影响。本文介绍了桥梁冰锥和墩台沉降病害的发生、发展和治理过程。通过分析得出产生病害的原因为自然气候环境、地下水的热交换、施工扰动、地层有效应力、地层岩性等多种因素的共同作用。建议在多年冻土区内进行工程勘察和设计时加强对冻土区地下水热交换问题的关注,施工和病害治理时尽量减小对冻土的热扰动。

针对超载及冻土性质引起的路基冻胀翻浆问题,通过现场实测,对G109公路在重型交通车辆作用下,对不同深度、不同载重、不同车速的路基动态响应规律进行了研究,并对公路沿线的路基动态响应状态数据进行了长期观测,以便为室内试验和理论分析提供依据。研究结果表明:同一测点路基动应力极值在竖向上随深度的增加呈明显衰减趋势;车辆超载现象导致路基动应力增长趋势较为明显,对于载重车辆而言,后轮下的动应力响应比前轮增长更为明显;随着车速增加,路基动应力有所变化,其与路面状况相关,应综合考虑车辆冲量和实际路基平整度2个方面;通过对现场车辆的土动应力实测数据统计分析,得到该路段公路路基土动应力取值范围为0～100kPa。

为预防季节性冻土区隧道因防寒保温措施设置不足引发的冻害,研究季节性冻土区吐库二线中天山隧道温度场变化规律及其防寒保温参数。基于围岩温度场现场测试研究,利用ANSYS有限元软件,同时考虑水文地质条件、混凝土衬砌水化热、大气温度和地温随时间变化等影响因素,预测、比较隧道施加保温层和未施加保温层的冻融循环圈。总结出设置保温边沟和设置厚度≥5cm、导热系数≤0.03 W/(m·K)的保温层是必要和合理的。

考虑到多年冻土冻胀融沉的特点,结合青藏铁路格拉段唯一的支挡结构—L型挡墙这一工程措施,对其地温、墙后土压力和冻胀力以及水平位移进行了全面测试。测试表明,由于开挖和施工扰动破坏了土体热平衡的自然状态,地基融化深度、土压力、冻胀力和挡墙变形都存在周期性变化,但L型挡土结构作为一种开敞式工程结构,只要没有新的扰动,能够逐渐形成稳定状态或这一平衡是能够恢复的。此外,土压力和冻胀力需根据墙顶实际位移反算结果进行修正。