DS18B20在青藏鐵路凍土路基溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)中應(yīng)用

針對(duì)青藏鐵路多年凍土路基問(wèn)題的工程措施研究,展開論述.

在青藏鐵路北麓河試驗(yàn)段設(shè)置試驗(yàn)斷面,對(duì)地溫及熱流量進(jìn)行觀測(cè),研究青藏鐵路道砟層對(duì)路基下伏凍土熱狀況的影響。研究分析表明:道砟層在暖季阻止外部熱量進(jìn)入下伏凍土,冷季阻止路基內(nèi)部熱量擴(kuò)散,且道砟層在暖季保溫效果明顯,而在冷季其降溫效果并不明顯;相同深度處道砟層下土體的年平均溫度比砂礫路面下土體的年平均溫度約低2℃;道砟層對(duì)路基下伏凍土起降溫效果主要是因?yàn)槠湓谂酒帘瘟舜蟛糠滞饨鐭崃?促使道砟層下土體年總熱量收支呈現(xiàn)負(fù)值,從而起到很好的降溫效果。因此,鋪設(shè)道砟層有利于凍土路基的熱穩(wěn)定性。

在環(huán)境溫度季節(jié)性變化的條件下進(jìn)行室內(nèi)模擬試驗(yàn),探索了模擬凍土路基活動(dòng)層形成的試驗(yàn)方法,研究了青藏高原多年凍土區(qū)路基活動(dòng)層的形成活動(dòng)規(guī)律。試驗(yàn)表明:活動(dòng)層從初始形成到基本穩(wěn)定過(guò)程中,近地表土層對(duì)外界溫度場(chǎng)的變化響應(yīng)靈敏,隨外界溫度的改變出現(xiàn)規(guī)律的波動(dòng);深層土層對(duì)外界溫度的變化表現(xiàn)出滯后性,溫度曲線波動(dòng)幅度較小;活動(dòng)層在趨于穩(wěn)定的過(guò)程中土層的溫度特征呈現(xiàn)出較為明顯的區(qū)域相似性,在一定外溫影響范圍內(nèi)土層溫度場(chǎng)變化規(guī)律接近;在環(huán)境負(fù)溫的初期表層土層迅速降溫,活動(dòng)層厚度開始逐漸減小。受外界氣溫及深層凍土冷源作用的共同影響,活動(dòng)層凍結(jié)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)從上下邊界同時(shí)凍結(jié)的現(xiàn)象,加快了活動(dòng)層的凍結(jié)速度。

旅客朋友們:當(dāng)您乘坐列車在青藏鐵路線上飛馳,奔向神往已久的西藏拉薩時(shí),您可曾知道?青藏鐵路從西大灘至安多550公里的鐵路都是修筑在多年凍土土層之上的。列車來(lái)到這一區(qū)段,稍加留意就會(huì)看到鐵路路基兩側(cè)不時(shí)出現(xiàn)一段段整齊地排列著帶有螺旋翅片的鋼管,這可不是什么普通的鋼管,而是應(yīng)對(duì)青藏鐵路多年凍土禁區(qū)的一種\"神秘武器\"——熱棒。

青藏鐵路格拉段凍土路基裂縫防治

運(yùn)營(yíng)期青藏鐵路凍土區(qū)路基工程最值得關(guān)注的變化是不同部位裂縫的發(fā)生和發(fā)展以及對(duì)線路安全運(yùn)行的影響。通過(guò)對(duì)不同時(shí)期青藏鐵路多年凍土區(qū)路基工程裂縫發(fā)生發(fā)展影響因素的分析,認(rèn)為凍土區(qū)路基工程基底地溫場(chǎng)的不對(duì)稱以及基底土體凍融過(guò)程不同步是路基工程變形裂縫發(fā)生的主要原因,路基坡腳和周圍凍土水熱環(huán)境變化是裂縫發(fā)展的拉動(dòng)力,路基填料性質(zhì)也是不容忽略的因素;根據(jù)運(yùn)營(yíng)期間凍土路基熱狀態(tài)和工程狀態(tài)分析,對(duì)運(yùn)營(yíng)期青藏鐵路凍土路基工程狀態(tài)進(jìn)行了初步評(píng)價(jià),并提出了減少或消除地溫場(chǎng)的不對(duì)稱及保護(hù)路基坡腳凍土環(huán)境,從而抑制凍土路基裂縫的工程對(duì)策。

在環(huán)境溫度季節(jié)性變化的條件下進(jìn)行室內(nèi)模擬試驗(yàn),探索了模擬凍土路基活動(dòng)層形成的試驗(yàn)方法,研究了青藏高原多年凍土區(qū)路基活動(dòng)層的形成活動(dòng)規(guī)律。試驗(yàn)表明：活動(dòng)層從初始形成到基本穩(wěn)定過(guò)程中,近地表土層對(duì)外界溫度場(chǎng)的變化響應(yīng)靈敏,隨外界溫度的改變出現(xiàn)規(guī)律的波動(dòng);深層土層對(duì)外界溫度的變化表現(xiàn)出滯后性,溫度曲線波動(dòng)幅度較小;活動(dòng)層在趨于穩(wěn)定的過(guò)程中土層的溫度特征呈現(xiàn)出較為明顯的區(qū)域相似性,在一定外溫影響范圍內(nèi)土層溫度場(chǎng)變化規(guī)律接近;在環(huán)境負(fù)溫的初期表層土層迅速降溫,活動(dòng)層厚度開始逐漸減小。受外界氣溫及深層凍土冷源作用的共同影響,活動(dòng)層凍結(jié)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)從上下邊界同時(shí)凍結(jié)的現(xiàn)象,加快了活動(dòng)層的凍結(jié)速度。

結(jié)合青藏鐵路望昆—布強(qiáng)格段路基工程設(shè)計(jì),依據(jù)路基新結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究成果和全球氣溫升高對(duì)凍土路基工程長(zhǎng)期穩(wěn)定性的影響研究,認(rèn)為多年凍土路基設(shè)計(jì),應(yīng)以凍土地基熱穩(wěn)定為核心,以凍土年平均地溫、含冰量、凍土上限、不良凍土現(xiàn)象、水文地質(zhì)條件及路基高度等為基礎(chǔ),充分考慮全球氣溫升高的影響,采取綜合工程措施處理,并總結(jié)出了不同綜合條件下高含冰量?jī)鐾恋囟蔚墓こ烫幚泶胧?/p>

在青藏鐵路五道梁低溫凍土區(qū)進(jìn)行了片石護(hù)道路基新結(jié)構(gòu)和土護(hù)道路基結(jié)構(gòu)的實(shí)體工程試驗(yàn),以確定路基修筑對(duì)溫度場(chǎng)的影響.對(duì)測(cè)試斷面凍融循環(huán)的地溫監(jiān)測(cè)資料的分析表明,2004年片石路基左右路肩孔凍土上限處,年平均地溫分別低于土護(hù)道路基相應(yīng)位置0.12℃和0.14℃,2005年片石路基左右路肩孔分別低于土護(hù)道路基相應(yīng)位置0.65℃和0.03℃,凍土上限以下地溫均呈逐年下降趨勢(shì).片石護(hù)道和土護(hù)道路基凍土上限均存在不對(duì)稱性,但隨著時(shí)間發(fā)展,片石護(hù)道路基最大融化深度位置基本接近或超過(guò)天然地面,且冷生過(guò)程還在繼續(xù).該區(qū)域的片石護(hù)道路基新結(jié)構(gòu)能夠有效發(fā)揮降低地溫、主動(dòng)保護(hù)多年凍土的作用.

基于最小二乘法的無(wú)網(wǎng)格伽遼金法只需要節(jié)點(diǎn)信息而不需要單元信息,這對(duì)求解帶相變的溫度場(chǎng)這種有移動(dòng)邊界的非線性問(wèn)題非常有利。在寒冷地區(qū),凍融現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,因此在寒區(qū)路基傳熱計(jì)算中,必須考慮相變問(wèn)題。本文采用無(wú)網(wǎng)格方法對(duì)青藏鐵路一試驗(yàn)段路基中溫度場(chǎng)的非線性問(wèn)題進(jìn)行研究。計(jì)算中,用焓法來(lái)考慮相變問(wèn)題,用lagrange乘子法施加本征邊界條件,利用fortran語(yǔ)言編寫無(wú)網(wǎng)格法程序求得數(shù)值解。通過(guò)與實(shí)測(cè)值及有限元法得出的解相比較,結(jié)果表明:與有限元法相比較,無(wú)網(wǎng)格法具有所得數(shù)值解更接近實(shí)測(cè)值、收斂速度快、前后處理簡(jiǎn)單等優(yōu)越性,是一種在實(shí)際工程非線性溫度場(chǎng)計(jì)算中值得研究的方法。

在全球氣候變暖的背景下,青藏鐵路沿線多年凍土目前處于退化狀態(tài),凍土退化將會(huì)對(duì)線路的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響,為解決這一問(wèn)題,收集青藏鐵路沿線多年凍土區(qū)凍土上限的觀測(cè)數(shù)據(jù),并比較2007年和2015年的數(shù)據(jù),分析填土路基斷面凍土上限特征,探討減緩路基工程變形的工程措施。結(jié)果表明:青藏鐵路多年凍土區(qū)填土路基人為上限有所抬升；由于線路存在左右側(cè)陰陽(yáng)坡的差異,致使兩側(cè)路肩以下人為上限形態(tài)差異性更加明顯,并且凍土升溫退化顯著；對(duì)于青藏鐵路多年凍土區(qū)路基,在工程邊坡鋪設(shè)碎石有助于應(yīng)對(duì)氣候變化引起的多年凍土退化導(dǎo)致的路基工程變形問(wèn)題。

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結(jié)合熱棒在青藏鐵路多年凍土區(qū)路基中的應(yīng)用，介紹了熱棒的工作原理、作用，分析了熱棒在施工中的技術(shù)要求，實(shí)踐證明，應(yīng)用熱棒解決了基礎(chǔ)凍脹、融沉等熱力過(guò)程中的許多問(wèn)題，保障了多年凍土地區(qū)地基的穩(wěn)定。

青藏鐵路——世界凍土工程博物館 關(guān)鍵詞：青藏高原、凍土、地基、片石層通風(fēng)路基、熱棒等 青藏高原是世界上面積最大、海拔最高的高原，地理位置獨(dú)特，自然環(huán)境惡 劣，地質(zhì)條件復(fù)雜，素有“世界屋脊”、“地球第三極”之稱。青藏鐵路格拉段將 穿越約547km多年凍土地段，另有部分島狀凍土、深季節(jié)凍土、沼澤濕地和斜 坡濕地，全線線路海拔高程大于4000m地段約960km，在唐古拉山越嶺地段， 線路最高海拔為5072m，為世界鐵路海拔之最。“高原”和“凍土”問(wèn)題是本線 的兩大難題，其特殊性和復(fù)雜性在世界上獨(dú)一無(wú)二?！?】 凍土，是指溫度在0℃以下，并含有冰的各種巖土和土壤。凍土在凍結(jié)的狀 態(tài)下體積膨脹，到了夏季，凍土融化體積縮小。凍土的凍結(jié)和融化交替出現(xiàn)，就 會(huì)造成路基不穩(wěn)定，影響正常通車。凍土是一種對(duì)溫度極為敏感的土體介質(zhì)，含 有豐富的地下冰，水分產(chǎn)生遷移并具有相變變化特征，因

基于溫度場(chǎng)的凍土路基變形數(shù)值分析及對(duì)比——考慮相變和全球氣溫升高的影響，利用數(shù)值分析方法，對(duì)青藏鐵路典型路基的變形問(wèn)題進(jìn)行了分析和數(shù)值模擬。通過(guò)建立路基有限元模型，選取適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件、初始條件及熱學(xué)計(jì)算參數(shù)，在計(jì)算了典型路基斷面溫度場(chǎng)變化的前...

采用焓模型,建立含相變的凍土路基溫度場(chǎng),利用非線性有限元方法對(duì)隔熱板路基溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,并結(jié)合考慮近期及遠(yuǎn)期凍土保護(hù)效果,采用凍土年最大融深及路基內(nèi)融土核高度兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合分析了路基高度、路基施工季節(jié)等因素對(duì)隔熱板最佳埋深的影響.有限元計(jì)算表明,當(dāng)施工季節(jié)向冷季推遲3個(gè)月時(shí),隔熱板的凍土保護(hù)效果顯著增強(qiáng),路基在運(yùn)營(yíng)20年內(nèi)無(wú)融土核出現(xiàn).在確定隔熱板最佳埋深時(shí)需綜合考慮施工季節(jié)、路基高度等因素的影響,若路基較低,宜淺埋,路基高度較高,暖季施工宜中埋,冷季施工宜淺埋.

為防止雨水沖刷路基,保護(hù)路基邊坡不受雨水浸蝕,工程部門采取了多種措施來(lái)保護(hù)邊坡的穩(wěn)定,鋪草皮是常用的技術(shù)措施之一。1960年在青藏公路多年凍土地區(qū)k1113+800附近修建了一段40m長(zhǎng)的路塹草皮護(hù)坡工程,草皮是作為保溫材料而應(yīng)用在邊坡工程上,草皮層保持了邊坡凍土人為上限深度的穩(wěn)定。1975年在風(fēng)火山地區(qū)修筑了路基試驗(yàn)工程,在dk0+235處修建了一座一孔2.0m×

青藏鐵路是世界上海拔最高、線路最長(zhǎng)的高原鐵路。高寒缺氧、多年凍土、生態(tài)脆弱是建設(shè)青藏鐵路的三大難題。因此多年凍土區(qū)設(shè)計(jì)和施工是建設(shè)青藏鐵路的關(guān)鍵之關(guān)鍵。文章根據(jù)青藏鐵路多年凍土區(qū)建設(shè)的體會(huì),重點(diǎn)介紹片石通風(fēng)路基在青藏鐵路多年凍土區(qū)設(shè)計(jì)原理、施工工藝和如何保護(hù)多年凍土。

為了解決青藏鐵路多年凍土地段路基的熱融凍脹問(wèn)題,確保多年凍土地段路基的穩(wěn)定,部分凍土地段路基應(yīng)用了熱棒技術(shù)。文章介紹熱棒的工作原理、施工方法及施工后路基沉降的觀測(cè),實(shí)踐證明采用熱棒技術(shù)對(duì)多年凍土路基的地基穩(wěn)定有較好的效果。

多年凍土是青藏鐵路建設(shè)面臨的主要難題之一。在多年凍土地區(qū)的斜坡地帶往往發(fā)育有濕地等不良地質(zhì)現(xiàn)象,對(duì)于路基修建的安全造成嚴(yán)重影響。描述了青藏鐵路多年凍土區(qū)dk1487+717～dk1487+880段的路基設(shè)計(jì)情況,總結(jié)了關(guān)于多年凍土斜坡濕地地段的路基設(shè)計(jì)體會(huì)。

本文主要利用青藏鐵路北麓河厚層地下冰試驗(yàn)段中普通路基下部?jī)鐾翜囟鹊谋O(jiān)測(cè)資料,對(duì)路基下部?jī)鐾翜囟茸兓蜔崾罩卣鬟M(jìn)行了分析,并對(duì)修筑普通路基后多年凍土熱融蝕敏感性和熱穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)果表明,修筑普通鐵路路基后,雖然多年凍土人為上限有較大幅度抬升,但原天然上限以下多年凍土溫度卻逐年升高,表現(xiàn)為顯著的吸熱狀態(tài)。同時(shí)凍土熱融蝕敏感性增強(qiáng),凍土熱穩(wěn)定性下降,對(duì)路基熱穩(wěn)定性將產(chǎn)生較大的影響。

選取青藏鐵路多年凍土南界典型斷面,分析路基地溫在運(yùn)營(yíng)階段的變化特征,并對(duì)溫度場(chǎng)可能的變化趨勢(shì)進(jìn)行推測(cè):認(rèn)為凍土區(qū)南界填筑路基影響了凍土天然地溫場(chǎng),使人為上限降低,并造成陰陽(yáng)坡的溫度場(chǎng)不均。因此,需要采用一定的補(bǔ)強(qiáng)措施來(lái)保障鐵路的安全運(yùn)營(yíng)。