青藏铁路作为国家重要战略通道和西藏经济发展的关键支撑,在其建设中广泛采用了以桥代路的冻土保护措施。然而,随着全球气候变暖和人类工程活动增加,多年冻土区路桥过渡段出现了大量工程病害,如路基沉降、桥梁结构变形等。本文结合以往研究资料,从病害类型、病害成因、现有处置措施、面临问题分析四个方面,对路桥过渡段工程病害的研究现状进行梳理和总结,结合青藏铁路路桥过渡段病害一体化处置技术试验示范工程的最新观测结果,提出未来工程病害处置方向和建议。桥体结构热源作用诱发的非均匀冻土退化是路桥过渡段差异沉降的主要原因,而桥梁结构变形一方面由冻土地基承载力下降引起,另一方面则主要受到了桥台背后填土的季节冻胀作用。随着青藏高原暖湿化持续加剧,未来青藏铁路多年冻土区路桥过渡段面临更高的病害发生风险,传统补强措施已不足以应对未来风险挑战。一体化处置技术对于路桥过渡段工程病害处置展现出了良好成效,在一年内实现了高温冻土向低温冻土的转变,同时实现稳定性的快速提升,该技术对于进一步提升青藏铁路工程质量和可持续发展具有现实意义。
黄土地区受季节性气候变化和昼夜交替引起冻融循环效应,导致黄土的结构和物理性质发生变化,从而影响黄土的湿陷变形特性。通过室内湿陷试验和微观结构试验,分析了冻结温度对微观结构损伤规律与宏观湿陷变形的响应是否一致。研究结果表明:控制水分场不变情况下,发现不同冻结温度在相同冻融次数条件下,湿陷变形量随冻结温度的降低逐渐减小,说明冻结温度决定冻结速率,冻结速率的快慢变化影响黄土湿陷量的大小;通过对冻融循环10次黄土进行微观结构试验,定性分析发现随冻结温度的降低,土体内部水分发生水-冰循环相变及冷生结构的生成,使土团粒之间胶结力弱化,骨架颗粒发生偏转、滑移,土体内部的颗粒形态、连接方式及分布排列方式均发生变化并形成新的稳定结构;定量分析发现概率熵、平均形状系数、分布分维、孔隙面积比例及孔径变化范围均呈现出规律性变化与定性分析结果一致。由此表明土体内部团粒、孔隙结构的变化规律印证了冻结温度的降低与黄土表现的宏观湿陷变形量逐渐减小的变化规律具有相关性。
为研究不同温度模式下土体冻结特性,利用冻结试验装置对长春地区粉质黏土进行单向冻结试验。通过改变试验装置顶板温度及温度变化速率,研究分析试验过程中土体温度变化,试验前后土体含水率变化,试验后试样冷生构造、竖向冻胀位移。试验结果表明,土体温度变化大致分为四个阶段:骤降,回升或缓降,持续降温,恒定。相同降温速率,顶底板温度梯度越大,第二阶段温度回升程度越大;顶底板温度梯度相同时,降温速率越大,第二阶段温度回升程度越小。试验结束后,土体外表面出现网状裂缝且沿深度方向裂缝变宽,网状构造宽度与温度梯度大小成正比;土体内部有明显水分结晶,连续分凝冰包裹土体形成类似蜂窝状结构,其中存在一定肉眼可见的未冻水,且降温速率越小,肉眼可见未冻水含量越少。靠近控温顶板(冷端)土体含水率显著增加,靠近控温底板(暖端)土体含水率减小或基本不变,降温速率相同,温度梯度越大,冷端附近土体含水量增加越明显,相同冻结温度下,降温速率越低,冷端附近含水量增量越大。土体竖向冻胀量与温度梯度成正比,降温时间30 min条件下,冷端温度由0℃降低至-15℃冻胀量增加趋势较大,降温时间为60 min时,-10~-15℃温度变化区间冻...
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.
传统的冻土观测测量数据精准度差、密度不够,很难适应气象观测现代化建设对高精度观测仪器的需求。为提高冻土观测精准度,进一步减轻基层台站人员的工作量,我国研发了DTD2型电阻式冻土自动观测仪。基于DTD2型冻土自动观测仪,首先说明了该设备的采集单元,以及传感器、通信、供电等单元的功能,并对该设备的工作原理进行了阐述,详细阐明了该设备的安装使用与注意事项,并对业务软件、串口软件的调试方法进行了说明,为DTD2型冻土自动观测仪的日常使用提供了依据与参考。
选取某高原高速公路(片块石路基、热棒路基和通风管路基)进行无损检测,运用探地雷达技术识别多年冻土区特殊结构路基类型、病害及下部冻土分布情况。结果表明:片块石路基通风层处波形杂乱呈区域化分布,热棒路基具备固定间距窄波幅月牙双曲线特征,通风管路基具备固定间距宽幅双曲线特征;对路基病害进行识别,发现检测段片块石路基部分孔隙被堵塞、热棒路基部分热棒失效、通风管路基存在不均匀沉降;通过路基下部多年冻土人为上限的识别及对比以往勘察数据,显示检测段特殊结构路基下方多年冻土均出现退化现象,多年冻土上限下移。
路基冻胀是冻土地区铁路运营最为频繁和严重的病害之一。因地、因时制宜地采取针对性措施对减缓和消除冻害,保障线路平顺性非常重要。从填料、水分、温度3个角度,综述了各类路基冻害防控技术的应用案例及效果、存在问题和未来发展方向,包括级配碎石填料、混凝土基床、盐化法、压力注浆、高抬道、换填、钻孔掏土置换、基床表层与基床底层的顶面防水、排水管、毛细排水结构、无砂混凝土透水结构、渗水盲沟、保温板、保温护道等措施的技术特征,适用情形和现场应用情况,以及新兴的冷阻式填料、电渗注浆/排水、真空注浆/排水、保温强化层、主动加热等措施的探索性研究及应用情况。并从设计、建设施工、运营不同阶段角度,讨论了路基冻害防控技术的发展要点。
在既定负温下冻土中未冻水和固相冰的动态关系与其初始含水率密切相关,冻土中未冻水含量的改变直接影响了其微观结构的变化,加强不同初始含水率下冻土的未冻水含量与微观结构的定量关系研究对于揭示冻土特殊的物理力学性质具有重要的意义。本文利用新型冷冻扫描电镜对既定负温不同初始含水率(11.8%、23.1%、32.2%、42.2%、54.1%、64.2%、74.8%)下的冻结黏土进行微观结构测试,揭示了不同初始含水率下冻土微观结构的演化特征。同时,利用核磁共振技术测试不同初始含水率和不同温度下冻土的未冻水含量变化过程,探讨了既定负温下初始含水率对冻土未冻水含量与其微结构之间的定量关系。研究结果表明:冻结黏土含水率在液限范围内,随着初始含水率的增加,孔隙结构由集合物间孔隙向粒间孔隙发育,含水率超过液限后,随着初始含水率增加,超集合物间孔隙开始发育,并且在同一负温条件下,随着初始含水率的增加,孔隙分形维数和孔隙面积随之增大;对于高温冻土,随着初始含水率的增加,孔隙分形维数随未冻水含量的增加而增加,对于低温冻土,孔隙分形维数随未冻水含量的减少而增加;最后,建立了不同试验条件下冻土微观结构与其未冻水含量的经...
在季节性冻土区,由于气温变化,输电线塔杆地基经常会产生冻融破坏,从而导致其产生偏移,造成严重的经济损失。由于冻融循环作用,导致辽源地区混凝土基础周围土体结构弱化,发生冻胀融沉破坏,为分析基础冻胀融沉破坏发生的原因,以水热力耦合方程为理论基础,通过仿真模拟分析法,分析输电线路基础在冻融循环作用下产生偏移的原因,并预测地基力学性能薄弱的月份,为季节性冻土区基础工程建设提供参考。
文章基于在国家级气象观测站使用的DTD4型冻土自动观测仪器,对设备的工作原理、组成结构进行简单叙述,对设备的安装方法、调试设置以及输出数据的格式说明进行详细描述,并列举出部分维护注意事项,供大家参考。