片碎石护坡结构维持青藏铁路多年冻土区路基稳定的作用机理和适应性研究

论文摘要

在全球气候转暖的大背景下,多年冻土区路基的稳定性问题是青藏铁路建设和安全运营必须解决好的首要技术难题。在铁路通车运营后,受施工条件的制约,一些工程措施无法采用,而片(碎)石层护坡具有保温效果显著、布设施工灵活的特点,是多年冻土区路基补强和病害整治的首选措施。本论文从青藏铁路工程建设,尤其是运营期维护多年冻土路基稳定性的应用实际出发,利用现场原型试验及理论计算的方法研究了片(碎)石层护坡路基的温度场特性及变形特征。研究证实,除了终年的遮阳作用,片(碎)石层护坡的可变热传导性能(热二极管效应)使得片(碎)石层在暖季能有效地减少外界传入路基的热量,在寒季则有利于充分利用大气冷能,总体上增加了路基和基底多年冻土的冷量储备。试验还表明,在路基边坡上铺设片石层护坡,不但能更大幅度地抬高多年冻土的上限埋深,还可以调整路基阴、阳侧人为上限形状的不对称性,减小路基阴阳侧的差异变形,有利于线路的安全运营。片(碎)石层的可变热传导特性源自于石层结构孔隙中空气在温度梯度作用下形成的自然对流,在给定环境(空气参数、表面温度振幅和地层条件等确定)条件下,影响自然对流作用的因素主要是片(碎)石层的厚度、粒径、孔隙率及其热学性质等。青藏高原野外季风的强迫对流作用对片(碎)石层的厚度、粒径选取有一定影响。论文在总结分析现有研究成果基础上,还提出了片(碎)石层结构的应用条件、使用方法和优化设计建议。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外冻土分布概况
• 1.2 冻土学与工程冻土学的发展与现状
• 1.2 主要研究内容及前期工作基础
• 第二章 青藏铁路沿线的冻土分布特征、主要工程冻土问题及其应对措施
• 2.1 青藏铁路沿线的冻土分布特征
• 2.2 青藏铁路需要解决好的主要冻土问题
• 2.3 青藏铁路维持路基稳定所采取的主要工程措施及其应用效果简述
• 第三章 片（碎）石层结构的作用机理及其应用现状
• 3.1 片（碎）石层产生工程效果的气候条件
• 3.2 片（碎）石层的热传输特性—“热开关效应”原理
• 3.3 片（碎）石层的遮阳作用
• 3.4 影响片（碎）石层热工特性的因素
• 3.5 片（碎）石层结构的应用现状
• 第四章 青藏铁路片石护坡路基现场试验研究
• 4.1 青藏铁路清水河试验段概况
• 4.1.1 清水河试验段自然地理特征
• 4.1.2 试验段现场测试系统
• 4.2 片石护坡路基实体试验设计及现场测试
• 4.2.1 试验方案设计
• 4.2.2 试验测试
• 4.2.3 片石护坡试验路基施工情况现场追踪
• 4.3 片石护坡试验路基温度场特征分析
• 4.3.1 各测试断面基底多年冻土地温定性分析
• 4.3.2 片石护坡作用下路基地温沿深度变化特性
• 4.3.2.1 暖季地温沿深度变化特性
• 4.3.2.2 寒季地温沿深度变化特性
• 4.3.2.3 地温沿深度变化特性分析小结
• 4.3.3 特定深度地温随时间变化特性分析
• 4.3.3.1 路基中部月平均地温随时间变化的对比分析
• 4.3.3.2 路基基底月平均地温随时间变化的对比分析
• 4.3.3.3 特定深度地温随时间变化分析小结
• 4.3.4 年度积温变化特性分析
• 4.3.5 人为上限变化特性
• 4.3.5.1 地温场等温线图分析
• 4.3.5.2 人为上限上升幅度分析
• 4.4 片石护坡试验路基变形分析
• 4.5 现场试验结论
• 第五章 青藏铁路片（碎）石护坡路基温度场数值分析
• 5.1 引言
• 5.2 控制方程及其有限元公式
• 5.3 片（碎）石护坡在应对阴阳坡不对称地温场问题中的应用分析
• 5.4 片（碎）石护坡在应对气候转暖条件下运营线路基稳定性问题中的应用分析
• 5.5 片（碎）石护坡路基温度场数值分析结论
• 第六章 片（碎）石护坡的适用条件、应用原则及其优化
• 6.1 片（碎）石护坡的适用条件
• 6.1.1 气候条件
• 6.1.2 地表、地层条件
• 6.1.3 其它技术经济条件
• 6.2 片（碎）石护坡的应用方法与原则
• 6.2.1 石料粒径的选取
• 6.2.2 片（碎）石层厚度的确定
• 6.2.3 高原大风条件下的强迫对流对粒径和厚度选取的影响
• 6.2.4 石质选取与施工质量控制
• 6.3 片（碎）石护坡的优化应用与推广
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 学习期间发表的学术论文与工作情况
• 致谢
• 详细摘要