青藏铁路粒径改良路基热状况分析
青藏铁路楚玛尔河地区复合路基地温状况分析
降低 地 温和 维护 地 温 场 对 称 性 方 面 都 具 有 显 著效 果 ， 能 主 动 冷 却 冻 土路 基 ， 很好 地保 护 多年 冻 土 。 关键词 ： 青 藏铁 路 ； 复 合 路 基 ；地 温 分析 中 图分 类 号 ： Ｕ ２ １ ３ ． １ ４ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ４—２ ９ ５ ４ （ ２ ０ １ ３ ） １ ２— ０ ０ ４ ０— ０ ３
Ｌ Ｉ Ｕ Ｊ ｕ ａ ｎ
（ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｒａ ｉ ｌ ｗ ａ ｙ Ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ Ｓ ｕ ｒ ｖ ｅ ｙ ａ ｎ ｄ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｘ ｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ４ ３，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｂ ｅ ｉ ｎ ｇ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｕ ｍａ ｒ Ｒ ｉ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｏ ｎ ｇ Ｑ ｉ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ — Ｔ ｉ ｂ ｅ ｔ Ｒ ａ ｉ ｌ ｗ ａ ｙ ．Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ，ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ
实 测地 温 资料 ， 对 比 分析 了复合 路 基 与 一 般 路 基 的 地 温 状 况 ， 研 究 ２种路 基 结 构 保 护 多年 冻 土 的 效 果 。 结 果 表 明 ： （ １ ） 一般 路 基 地 温场 整 体 向 不 利 于 冻 土路 基 稳 定 的趋 势发 展 ， 难 以起 到 全 面 保 护 多年 冻 土 的 作 用 ； （ ２ ） 复 合 路 基 在
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ ｕ ｂ ｇ ｒ ａ ｄ ｅ ｍａ ｄｅ ｕ ｐ ｏ ｆ ａ ｉ ｒ — ｃ ｏ ｏ ｌ ｅ ｄ ｒ ｕ ｂ ｂ ｌ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｃ ｒ ｕ ｓ ｈｅ ｄ— ｓ ｔ ｏ ｎ ｅ ｒ ｅ ｖ ｅ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｗｉ ｄｅ ｌ ｙ
青藏铁路楚玛尔河地区片石气冷路基热稳定分析
（ 中铁 第 一 勘 察 设 计 院 集 团 有 限 公 司 ， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ４ ３ ）
摘 要 ： 青 藏铁 路 楚 玛 尔河 地 区广 泛 应 用 了 片石 气冷 路 基 结构 ， 根 据 该 地 区 片石 气 冷 路 基 实 测 地 温 资料 ， 分 析 了地 温状 况 ， 研 究 了该 路 基 结 构 保 护 多年 冻 土 的效 果 ． 结果表 明 ： 片石 气冷路基 能够起 到抬升 多年 冻土上 限， 主 动 冷 却
青 藏铁 路格 尔木 至拉 萨段 多年 冻土 路基 在考 虑 到 将来 全球气 候 变 暖条 件 下 ， 采 取 了“ 主动降温、 冷
～
监 测 区位 于青 藏 高 原 腹 地 ， 距 离格尔木市 ２ ２ ０ ２ ４ ０ ｋ ｍ， 属于 楚 玛 尔 河 冲 洪 积 高 平 原海 拔 ４ ５ ０ ０
ｓ ｕ ｂ ｇ ｒ ａ ｄ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｎ， ｔ ｈ ｅ ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｂ ｇ ｒ ａ ｄ ｅ ｔ ｏ ｐ ｒ ｏ —
第 ３ ４卷 第 ３期 ２ ０ １ ５年 ６月
文章编 号 ： １ ０ ０ １ — ４ ３ ７ ３ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ３ — ０ ０ ３ ４ — ０ ６
兰 州 交 通 大 学 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｌ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｊ ｉ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
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青藏铁路安多段高温极不稳定冻土斜坡路基稳定性分析的开题报告
青藏铁路安多段高温极不稳定冻土斜坡路基稳定性分析的开题报告一、选题背景青藏高原地处高寒和半干旱区域，受冻融交替、降雪和风蚀等自然因素的影响很大，地表冻土广泛分布。
青藏铁路是中国部分高原地区的重要铁路干线，自建成以来一直受到冻融环境的严重挑战。
在铁路铺设过程中，由于该地区气温日较差大、降水少、年均气温低等特点，铁路建造中所使用的材料对冻融性要求极高。
近年来，随着气候变化和环境污染的影响，青藏高原地区的冻土发生了较大变化，导致铁路线路受到较大的影响，进一步造成了许多严重的安全事故和运营障碍。
二、研究目的本研究旨在探究青藏铁路安多段高温极不稳定冻土斜坡路基的稳定性问题，针对不同斜坡、地质和气候条件，分析冻土的本质特点和变化规律，并通过数值模拟方法对路基稳定性进行仿真分析，为铁路设计提供参考依据。
三、研究内容1. 青藏高原地区冻土的形成机理和分布特点分析；2. 音速测晶仪测试和冻融循环试验分析冻土的物理力学性质；3. 基于有限元模型（FEM）和等效弹性模量（EEM）的数值模拟方法，对安多段高温极不稳定冻土斜坡路基的稳定性进行仿真分析；4. 通过现场观测数据和模拟结果分析路基的温度分布、荷载分布、位移变形以及预测其稳定性。
四、研究方法本研究主要采用实验分析和数值模拟相结合的方法，通过有限元模型进行数值仿真分析，对路基稳定性进行评估。
同时，结合古气候和现代环境变化研究方法，对过去和目前冻土的变迁进行分析比较，为研究青藏高原地区冻土形成和变化机理提供支持。
五、研究意义本研究的结果对于青藏铁路在高海拔和特殊气候条件下的稳定和安全运行具有重要意义。
通过分析引起冻土变化的主要因素和影响因素，研究出相应的应对措施和技术手段，为青藏铁路的建设、改建和维护提供了有效的参考依据，也为其他高海拔铁路建设提供了借鉴和参考。
青藏铁路安多段抛片石路基温度与变形规律分析
孔
文章 编 号 ：０ ４—２ ５ （ ｏ ６ ９ Ｏ ４一 ２ １０ ９ ４ ２ ｏ ）０ 一Ｏ Ｏ ｏ
青 藏铁 路格 尔 木 至拉 萨段 穿 越 ５ ０ｋ 的多 年 冻 ５ ｍ 土地 区 ， 多 年冻土 区修 筑铁路 ， 在 将会 遇 到冻 土工 程问
题 ， 则导 致火 车 限速 ， 路 维 修 费用 高 ； 轻 线 重则 常常 引
厚 度 ， 筑在 土质 路堤 底部 ， 填 这种 多孔 隙 片石修筑 的路
堤， 透风性 能 高 ， 结构 形式 如 图 １所示 。在 冬季存 在 其 不稳 定 的空气 密度 梯度 时允许 孔 隙 中的空气 在路 堤 中 自然对 流 ， 在夏 季 由 于路 堤 中空 气 的密 度 梯 度 相对 而 稳定 ， 堤 中不发 生空 气循环 流 动 。因而 ， 路 这种路 堤充 当了一种 单 向热传 导 设 备 的角 色 ， 似 热 开 关 效应 或 类 热 二极管作 用 ， 冬季 从路 堤及 其基 底 中排除 热量 ， 但夏
青藏 铁路 采用 冷 却 路基 的思 路 ， 极 保 护 多 年冻 积 土 。安 多试 验段采 用 的抛 片石通 风路基 就是 其 中一种
方 法 。它 是 用一定 粒径 且无 固定级 配 的 片石抛填 一定
性、 反射 、 漫反 射特 性 以及表 面 的热 阻 等特性 都 与原天
然地 面不 同 ， 因此路 堤 下 的 多 年 冻土 上 限 位 置将 发生 变化 嵋 。试 验证 明 ， 零断 面 ， 即不 填 不挖 路 基 ， 或者 是 低路 堤下 的多 年冻 土 上 限均 下 降 ， 当路 堤 高 度 达 到一
定值 后 ， 多年冻 土上 限位 置才 可 以维持 不变 ， 当路 堤高
青藏铁路冻土路基分析及防治方法
青藏铁路冻土路基分析及防治方法摘要：青藏铁路是世界上海拔最高、线路最长的高原铁路,解决了多年冻土这一世界性工程难题。
冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤，是一种对温度极为敏感的土体介质。
在冻土区修筑工程构筑物面临两大危险：冻胀和融沉。
本文主要围绕修筑青藏铁路过程中的冻土问题，以及从多年冻土区路基沉降变形、冻胀及不良地质环境等方面,系统论述了路基工程的主要病害类型、影响因素和防治方法。
关键词：青藏铁路；冻土；路基；防治方法0 引言我国是世界上第三冻土大国,约占世界多年冻土分布面积的10%,约占我国国土面积的21.5%。
青藏铁路格尔木至拉萨段多年冻土区线路总长约554km,其中,多年冻土地段长度448km,占多年冻土区线路总长的81%,融区地段长度106km,占19%[1]。
外界条件的变化会导致冻土升温，造成冻土内部结构发生变化进而引起冻土承载力降低，最终导致冻土路基会产生裂缝、冻胀、沉降等现象，影响路基长期稳定。
青藏铁路建设面临的核心技术难题之一在于如何在高温、高含冰量多年冻土地基上修筑稳定的线路。
1 青藏铁路沿线的冻土特征青藏高原冻土区是北半球中、低纬度地带海拔最高、分布面积最广、厚度最大的冻土区，北起昆仑山，南至喜马拉雅山，冻土面积为141万平方公里，占我国领土面积的14.6%。
青藏高原多年冻土的生存、发育和分布主要受到地势海拔的控制，随着地势向四周地区倾斜形成闭合的环状。
2 冻土区铁道路基主要病害2.1路基沉降变形沉降变形是多年冻土区铁路工程最主要的病害，其多发生在含冰量大的粘性土地带。
多年冻土区路堤变形的最主要因素是融沉。
积水渗透和路堤本身的热效应会引起路基的融沉。
冻土融沉还与地基土体、含水量、冻土层中粉黏粒含量等因素密切相关。
2.2冻胀季节性冻土区的路基病害以冻胀为主，直接影响到铁路的平顺性，给铁路工程安全带来严重隐患。
影响路基冻胀的主要因素有土质、温度和水分。
黄新文等[2]根据吉珲客运专线路基冻胀变形的监测数据，发现基床排水不畅是引起路基冻胀变形较大的主要因素。
青藏铁路建设期青藏公路(格拉段)整治改建工程的冻土环境影响与对策
" 北京师范大学资源学院沙漠与沙区资源研究所 ! 环境演变与自然灾害教育部重点实验室 ! 北京 !! # ) ) = * # 摘!要# 青藏铁路建设期间 " # ! 大量人员 $ 材料 $ 设备和生活物 资 的 运 输 都 依 赖 于 青 藏 公 路 ! 使得青藏公 # ) ) !X# ) ) A 简称格拉段 # 的交通量大大增加 ! 对公路路面和桥涵的承载 能 力 带 来 严 峻 考 验 % 对 青 藏 铁 路 建 路格尔木至拉萨段 " 设期青藏公路整治改建工程作了简要的介绍 ! 并从冻 土 环 境 的 角 度 分 析 公 路 整 改 工 程 与 冻 土 环 境 的 相 互 影 响 ! 并 提出了相应的环保措施建议 ! 为青藏公路整改工程的决策提供依据 % 关键词 # 青藏公路 & 多年冻土 & 整改工程 & 环境影响 中图分类号 # " # J " ! #’ # # !$ E ! * !’ !!!!!! 文献标识码 # ;!!!!! 文章编号 # ! ) ) > F ? " ) B # ) ) * ) # F ) ! ? B F ) ?
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"座 @ "座 @ "座 @ "道 @ 根 块 块 新$ 重% 建! 加固 ! ! #道! ? !道
作用及其形态类型 # 主要的过程和相应的形态如下 * $ 寒冻 !% 风化 X 重力作用 # 以此为主导作用而形成的冰缘形态 类 型 有 冰缘岩柱 ! 冰缘岩堆 ! 石 海! 石 流 坡! 石 河! 倒 石 堆! 岩屑锥及 岩屑裙等 &$ 雪 蚀 作 用# 是 使 岩 石 崩 解 破 碎 的 一 种 形 式& #% 雪蚀作用主要发生 在 雪 线 附 近 的 积 雪 山 坡 洼 地 的 周 边 & 其 高 夷 平 阶 地! 雪 崩 槽! 峰 林 地 形! 岩屑 主要形态有雪蚀洼 地 ! 堆! 雪蚀洼地 X 泥流扇等 &$ % 冻融蠕流 X 重力作 用 # 冻融蠕 ? 流作用产生包括两 个 过 程 # 其 一 是 冻 爬 过 程# 即斜坡土体冻 结时沿坡面法线方向隆升 # 融沉时沿垂直方向回落而 产 生 向 坡下移动 ’ 其二 # 由于 融 化 期 间 季 节 融 化 层 饱 水 受 重 力 作 用 影响而顺坡面向下 蠕 流 的 过 程 & 冻 融 蠕 流 X 重 力 作 用 产 生 主要 有 泥 流 阶 地! 泥 流 舌! 泥 流 坡 坎! 泥流 的相应冰缘形态 # 扇! 石冰川 ! 石 河! 石 流 坡 坎! 草 皮 坡 坎 等&$ 冻融分选作 "% 用# 是季节融化层在 频 繁 的 正 负 温 波 动 下 反 复 冻 结 和 融 化 # 由于差异冻胀使不同粒度成分的物质产生分异 ! 重新 组 合 的 过程 & 由冻融分选作 用 形 成 的 冰 缘 形 态 主 要 有 石 环 ! 石 网! 石条 ! 石带 ! 碎石斑 ! 斑土等 &$ % 冻胀 X 冻裂作 用 # 属于此种 > 作用的冰缘形态 # 主要 有 冰 锥! 冻 胀 丘! 自 喷 型 冻 胀 丘! 泥炭 丘! 斑土 ! 冻拔石 ! 冻胀 草 环 ! 冻 融 褶 坡! 土 楔! 砂 楔! 冰 楔 等& $ % 热融作用 # 属于 此 种 作 用 形 态 的 冰 缘 形 成 类 型 有 热 融 滑 A 热融洼地 ! 热融湖 ! 热融冲沟等 & 此类型冰缘形 态 的 产 生 塌! 是由于冻土中地下冰融化所引起的 # 其分布往往与厚 层 及 透 镜状地下冰的埋藏 相 关 # 因 此 它 们 多 见 于 山 间 盆 地! 谷底及 山前缓坡地带 & 上述地貌过程均可能对工程产生影响 & #’ ?! 冻土对公路工程的影响 冻土对公路工程的直接影响包括对路基的影响 ! 路面的 影响 ! 涵洞的影响 # 形 成 各 类 公 路 冻 土 病 害&公 路 冻 土 病 害 主要包括路基病害 ! 路面病害 ! 涵洞病害等 & 路基病害 根据 有 关 资 料 的 统 计 分 析 # 热融对路基造成 的影响和病害占 = 冻胀和热融共同影响造成的病害占 >Y # 由于施 工 质 量 和 其 它 用 料 等 问 题 造 成 的 病 害 占 =Y & *Y # 这些病害均系由于人类对冻土的性质缺乏认识 # 设计 和 施 工 技术不当所引起 & 路面病害 冻土 区 路 面 病 害 主 要 表 现 为 路 面 裂 缝 # 包括 纵向裂缝 ! 横向裂缝 ! 网 裂 和 龟 裂 等&这 些 路 面 裂 缝 在 冻 土 地区 # 由于雨水的渗入和冻胀 # 加剧了路面的破坏 & 涵洞病害 涵洞病害主要 有 以 下 表 现 形 式 * $ %洞 身 涵 台 ! 的开裂和下沉 # 涵洞的顺水 流 方 向 长 度 一 般 在 ! ) 多 @ 以 上# 其基础有分段设置 # 也 有 整 体 式 的& 寒 季 冻 胀! 暖 季 融 沉# 涵 洞的基础在这种强大的冻融作用下 # 由于基础埋深不足 # 涵洞
青藏铁路沿线地表和路基表面热力学模式_物理过程与实验方案
第24卷 第6期2002年12月冰 川 冻 土JOU R NAL OF GL ACIOL OGY A ND G EOCRYO LOG YV ol.24 No.6Dec.2002文章编号:1000 0240(2002)06 0759 06青藏铁路沿线地表和路基表面热力学模式( ):物理过程与实验方案收稿日期:2002 08 05;修订日期:2002 09 13基金项目:中国科学院知识创新工程重大项目(KZCX1 SW 04),中国科学院寒区旱区环境与工程研究所知识创新工程项目(ACCX210035)资助作者简介:王可丽(1957 ),女,河北唐山人,研究员,1982年毕业于南京气象学院,主要从事陆 气相互作用与气候变化研究.E mail:klw ang@ns.l 王可丽, 程国栋(中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,甘肃兰州 730000)摘 要:路基表面的热状况具有时空分布的非均匀性,筑建在冻土区的路基,其下伏冻土层对上边界非均匀热强迫的响应,会引起冻土层的冻胀、融沉非均匀变化,进而造成路基的变形失稳.因此,了解路基表面热状况的时空变化规律对监测和防治路基冻融病害、保证路基稳定性具有重要意义.鉴于此,从热力学研究角度出发,以气候影响因子-大气辐射传输-地气交接面辐射特性-地气间热量交换为研究主线,基于能量守恒原则,建立针对青藏铁路沿线地表、路基上表面和路基左右边坡表面的普适性热力学数值模式,用于高海拔青藏铁路全线的任意坡度和走向的路基表面热状况的定量化研究与应用.关键词:青藏铁路;路基表面;热力学模式;坡面;辐射收支中图分类号:P422.4文献标识码:A1 拟解决的关键问题青藏铁路是筑建在!高∀、!寒∀区的高原铁路,因此,!高∀和!寒∀的效应成为我们关注的问题. 由!高∀而引起的!寒∀,使在青藏高原形成高海拔多年冻土层[1],青藏铁路途经约550km 的多年冻土区.冻土层的冻胀、融沉变化关系到其上路基的稳定性,而作为铁路支撑体的路基的稳定性是保障青藏铁路安全运营的关键.由于青藏高原的高海拔,使得其地 气交接面辐射加热或温度随时间变化的幅度非常大[2,3],随着全球变暖,这一特征将愈显突出;作为铁路支撑体的路基,因其走向、边坡坡度和表面物理性质的差异又会造成地 气交接面辐射加热或温度的空间分布不均匀.由此构成的时空非均匀的地 气交接面辐射加热场或温度场,是路基下伏冻土层变化的热力外强迫源.就冻土问题,国内外开展了广泛而深入的物理过程研究和工程实践活动,取得了丰富的理论与应用成果[4~6].冻土是地 气之间热交换的产物,冻土层的变化与地 气交接面的热状况变化有直接的联系[7~11].路基下伏冻土层对上边界非均匀热强迫的响应,会引起冻土层力学性质的非均匀变化,进而造成路基的变形失稳.因此,路基表面热状况的时空非均匀变化问题无疑是影响青藏铁路优质建设与安全运营的关键问题之一.本研究工作即是为解决这一关键问题而设定的,其目的是为青藏铁路全线路基因其下伏冻土层冻胀或融沉变化而引起的病害防治、保证路基稳定性提供依据.地 气交接面是两种不同介质的接合面,由于上下介质的不同而引起的差异明显的两种物理过程在此面的交汇造成在此面上物理过程的复杂性,再加之在此面上物理特性的时空非均匀变化,使得地 气交接面上物理过程及参数化问题成为地 气相互作用研究与应用领域的难点问题[12].为了解青藏铁路沿线路基表面热状况的时空变化规律,我们从热力学研究角度出发,以气候影响因子-大气辐射传输-地气交接面辐射特性-地气间热量交换为研究主线,基于能量守恒原则,建立针对青藏铁路沿线地表、路基上表面和左右边坡表面的普适性热力学数值模式,用于高海拔青藏铁路全线的任意坡度和走向的路基表面热状况的定量化研究与应用.本文为这一工作的第一部分模式物理过程与实验方案.2 物理过程描述2.1对于地表根据能量守恒定律,将地表能量动态平衡过程以如下的数学形式表示[13]:SR=H s+L E+G+F s(1)式中:SR表示地表太阳辐射净吸收通量;F s表示地表长波辐射净损失通量;H s表示感热通量;LE 表示潜热通量,为蒸发潜热L与蒸发量E的乘积; G为土壤热通量.感热通量和潜热通量的空气动力学形式分别为:H s=- #H(2)LE=-L( #Q)(3)土壤热通量有类似形式的表达式:G=- #W(4)式中:H为湍流热量通量密度矢量;Q为湍流水汽通量密度矢量;W为土壤热流通量密度矢量.考虑到一般情况下垂直方向上的湍流热量交换和湍流水汽交换以及土壤热流交换远大于水平方向上的交换,式(2)~(4)式可以简化为:H s=-K s Tz(5)LE=-K e qz(6)G=-K h Tz(7)式中:z为垂直坐标,向上为正; Tz表示垂直温度梯度; qz表示垂直水汽梯度;K s为感热导热系数;K e为潜热导热系数;K h为土壤导热系数.如令在地表z=0,地表温度为T s,z高度处的空气温度为T z,土壤温度为T-z,将式(5)~(7)对z积分后可以有:H s= C p C d V(T s-T z)(8)LE=H sB=1B[ C p C d V(T s-T z)](9)G=C h D h(T s-T-z)(10)式中: 为空气密度;C p为空气的定压比热;C d为拖曳系数;V为风速;B为波恩比;C h表示土壤容积热容量,是土壤密度和比热的乘积;D h表示土壤导温率.在式(9)中采用了波恩比(Bow en∃s ratio)方法,以使地表温度T s成为显性参数.地表太阳辐射净吸收通量和地表长波辐射净损失通量可分别表示为:SR=(S s cos Z+D s)(1-A s)=S0RR2P cos Z+D s(1-A s)(11)F s=U s-G s=!s∀T4s-!a∀T4a+(1-!s)!a∀T4a=!s∀T4s-!s!a∀T4a(12)式中:S s为到达地表的垂直于光线表面的直接太阳辐射通量;Z为太阳天顶角;D s为天空散射辐射通量;A s为地表反射率;S0为太阳常数;(R/R)2为日地距离订正项;P为大气短波辐射透过率,对于无云大气而言,是大气分子、水汽和灰尘含量的函数,对于有云大气而言,还要考虑云对太阳辐射的削弱作用;U s与G s分别代表地面长波辐射通量与大气逆辐射通量;!s与T s分别代表地表比辐射率与地表温度;!a与T a分别代表大气长波放射率与大气温度的积分效应,如果取T a=T z,则定义!a为广义大气长波放射率;∀为斯蒂芬-波尔兹曼常数.2.2 对于坡面对于具有不同坡度#与坡向∃的坡面而言,能量平衡方程仍然成立:SR#,∃=H#+L E#+G#+F#(13)式(13)中各项的表示形式与式(1)中各项的表示形式有所不同.设坡面温度为T#,类似于式(8)~(10)可得到:H#= C p C d,#V(T#-T z)(14)LE#=H#B#=1B#[ C p C d,#V(T#-T z)(15)G#=C h D h,#(T#-T-z)(16)对于坡面而言,除了需要考虑由于坡面自身倾斜而引起的辐射收支与水平表面辐射收支的不同之外,由于坡面的倾斜,使得坡面与周围环境地表形成夹角,因此还必须考虑坡面与周围环境地表的相互作用.基于这些考虑,坡面太阳辐射净吸收通量760冰 川 冻 土24卷和长波辐射净损失通量可分别表示为:SR#,∃=(S#,∃+D#+R s)(1-A#)(17)F#=U#-(G#+U s+R l)(1-!#)(18)式中:∃=∃n-∃%,为坡面相对于太阳的方位角,即坡面法线n在水平面上投影的方位角∃n与太阳方位角∃%之差(从南向顺时针方向计算);S#,∃为到达地表的垂直于光线表面的直接太阳辐射通量在坡面法线方向的投影;D#为对可见天空球面积分的散射辐射通量;R s为来自周围环境地表的反射辐射通量;A#为坡面反射率;U#为坡面长波辐射通量; G#为大气逆辐射通量;U s为来自周围环境地表的长波辐射通量;R l为来自周围环境地表对大气逆辐射的反射辐射通量;!#为坡面比辐射率.设%为地方纬度;&为太阳赤纬;∋为时角,那么到达地表的垂直于光线表面的直接太阳辐射通量在坡面法线方向的投影为:S#,∃=S s[cos Z cos#+sin Z sin#cos(∃n-∃%)](19)利用天文学公式:cos Z=sin%sin&+cos%cos&cos∋(20)sin Z sin∃%=cos&cos∋(21) sin Z cos∃%=-sin&cos%+cos&sin%cos∋(22)代入式(19)可得:S#,∃=S s[(sin%cos#-cos%sin#cos∃n)sin&+(cos%cos#+sin%sin#cos∃n)cos&cos∋+sin∃n sin#cos&sin∋)](23)即垂直到达坡面的太阳直接辐射通量不仅随地方纬度、太阳赤纬、时角而变化,而且是坡度与坡向的函数.根据式(23),令S#,∃=0,并考虑到海拔H (km)的影响,即可得到日出、日落时的临界时角:∋t(value)=c os-1-uv tan&&sin∃n sin#1-u 2(1+tan2&)1-u2(24)∋t(si g n)=sin-1-u sin∃n sin#tan&!v1-u 2(1+tan2&)1-u2(25)∋H=cos-1(-tan%tan&-0.017H sec%sec&)(26)这里:u=sin%cos#-cos%sin#cos∃n(27)v=cos%cos#+sin%sin#cos∃n(28) 在假定周围没有其它物体遮蔽的情况下,根据辐射传输理论,在各向同性的假定条件下,球面积分结果[14]到达坡面的散射辐射通量、来自周围环境地表的反射辐射通量、坡面长波辐射净损失通量可分别由下列各式表示:D#=D s cos2#2(29)R s=[(S s cos Z+D s)A s]sin2#2(30)F#=F s cos2#2+∀(!#T4#-!s T4s)sin2#2(31) 坡度#可由下式计算:#=sin-1hl(32)式中:h为斜坡高度;l为斜坡长度.事实上,式(1)和式(13)中的各项均为时间t 的函数,若对其求时间积分,就可以得到所需时段的表达式.从理论上讲,我们可以根据式(1)~ (32)通过反演过程得到具有任意坡度和坡向的局地表面在任意时段的温度T#,这里坡度#=0,∋∋, (/2.在水平表面#=0,式(13)和式(14)~(18)蜕变后同形于式(1)和式(8)~(12);在铅直表面#= (/2.2.3对于路基表面综合应用式(1)~(32)所描述的物理过程于青藏铁路沿线的路基上表面(#=0)和边坡表面.对于任意局地表面而言,应用的差别在于局地与太阳的相对位置、局地表面的坡度与坡向、局地表面物理特性和周围环境地表物理特性及大气状态参量的不同.3 实验方案3.1数值方法式(1)~(32)包含了6个最基本的物理过程,可用包含6个基本方程的方程组描述,在平面为式(1)、式(8)~(12),在坡面为式(13)、式(14)~ (18),方程组共有6个最基本的变量,方程组闭合,理论上可以求解.代入消元后,可以得到如下的函数形式:f(T#,X1,X2,X3)=07616期王可丽等:青藏铁路沿线地表和路基表面热力学模式( ):物理过程与实验方案(#=0,∋∋,(/2)(33)式中:X1、X2、X3分别代表不同类型参数的集合.集合X1包括各类常数或已有常用算法的参数;集合X2包括各类待定参数可以根据已有实测资料通过各种正、反演过程得到的各类参数;集合X3包括求解式(33)必须的已知条件需要给出的局地与太阳的相对位置、局地表面的坡度与坡向、局地表面物理特性和环境地表物理特性及大气状态参量.集合X1中包括的常数或已有常用算法的参数有:空气密度 ;空气的定压比热C p;太阳常数S0;斯蒂芬-波尔兹曼常数∀;日地距离订正项(R/R)2.针对青藏铁路沿线的气候与环境问题,我们将根据已有实测资料在分析研究的基础上给出集合X2中包括的热力学参数和大气辐射参数,其中有:拖曳系数C d和C d,#;波恩比B和B#;土壤容积热容量C h;土壤导温率D h和D h,#;土壤温度T-z下垫面附面层[15]底面温度(与此参数有关的土壤热通量项也可以作为与冻土热力学模式的接口);有云大气短波辐射透过率P和广义大气长波放射率!a. 集合X3包括需要给出的已知条件:局地与太阳的相对位置参数地方纬度∃,太阳赤纬&,时角∋;坡度#、坡向∃n坡面的方位角;根据实测得到的坡面和环境地表辐射特性参数地表反射率A s,地表比辐射率!s,坡面反射率A#,坡面比辐射率!#,及大气状态参数10m高度风速V,百叶箱温度T z.当具体地点和时间确定以后,式(33)中的各类参数也随之确定,此时,式(33)仅为T#的函数.整理后可得到关于T#的一元四次方程,其形式为:f(T#)=aT4#+bT#+c=0(34)式中:a、b、c为整理后的系数.在实际应用中,可以用数值方法对(34)式求数值解.我们可以采用牛顿法(New ton-Raphson)叠代求解式(34):T#,j+1=T#,j-f(T#,j) f((T#,j)(j=0,1,2,∋∋)(35)式中:j为叠代次数,f((T#,j)为式(34)对T#的一阶导函数.3.2简化方法在物理分析的基础上.根据式(13)、式(14)~(18),在不同参数化的假定下,可将其表示成或繁或简的不同形式,具体表示形式在这里不予一一列出.其各种简化形式的合理性也有待检验.简化形式的试验结果将与数值模式结果作对比分析,讨论误差问题.4 模式系统流程图综上所述,可给出青藏铁路沿线地表和路基表面热力学模式系统流程图(图1).图1 青藏铁路沿线地表和路基表面热力学模式系统流程图F ig.1 Flo w chart of ther modynamic model of theground surface and the ro adbed surface alongthe Qinghai T ibet r ailway本文给出了青藏铁路沿线地表和路基表面热力学模式的物理过程与实验方案,有关的参数化方案和计算分析结果等将陆续给出.762冰 川 冻 土24卷参考文献(References):[1] Cheng Guodong,Wang Shaoling.On the zonation of high-altitude perm afrost in China[J].Journal of Glaciology and Geocryol ogy,1982,4(2):1-7.[程国栋,王绍令.试论中国高海拔多年冻土带的划分[J].冰川冻土,1982,4(2):1-7.][2] T ang M aocang,Cheng Guodong,Li n Zhenyao.ContemporaryClimatic Variati ons over Qinghai-Xizang(T i betan)Plateau and T heir Influences on Environments[M].Guangzhou:Guangdong S cience and T echnology Press,1998.[汤懋苍,程国栋,林振耀.青藏高原近代气候变化及对环境的影响[M].广州:广东科技出版社,1998.][3] Liu Xiaodong,Hou Ping.Relations hip between the climaticw arming over the Qinghai-Xizang Plateau and its surrounding areas in recent30years and the elevation[J].Plateau M eteorolo gy,1998,17(3):245-249.[刘晓东,侯萍.青藏高原及邻近地区近30年气候变暖与海拔高度的关系[J].高原气象, 1998,17(3):245-249.][4] Cheng Guodong.International ach ievements of study on frozensoil mechanics and engineering-s ummary of the i nternational symposium on ground freezing and frost action in soils[J].Ad vance in Earth Sciences,2001,16(3):293-299.[程国栋.冻土力学与工程的国际研究新进展-2000年国际地层冻结和土冻结作用会议综述[J].地球科学进展,2001,16(3):293-299.][5] Cheng Guodong,He Ping.Linearity engineering in permafrostareas[J].Journal of Glaciology and Geocryology,2001,23(3): 213-217.[程国栋,何平.多年冻土地区线性工程建设[J].冰川冻土,2001,23(3):213-217.][6] M a Wei,Cheng Guodong,Zhu Yuanlin,Xu Xi aozu.T he StateKey Laboratory of Froz en Soi l Engineering:review and prospect [J].Journal of Glaciology and Geocryology(冰川冻土),1999, 21(4):317-325.[7] Zang Enmu,Wu Ziw ang.The Degradation of Permafros t andHighw ay Engineering[M].Lanzhou:Lanzhou University Press, 1999.[臧恩穆,吴紫汪.多年冻土退化与道路工程[M].兰州:兰州大学出版社,1999.][8] W u Qingbai,Zhu Yuanlin,Liu Yongzhi.Assessment model ofpermafrost thermal stability under engineering activity[J].Jour nal of Glaciology an d 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built on tundra,the asym metry heating of the top boundary layer w ill make an asymmetry chang e of the permafrost w ith freezing to sw ell up or thaw to sink dow n,and then,cause the roadbed deformation and lose stability.Thus,under standing the spatial and temporal variation of thermal distribution on the roadbed surface is significant to monitor and prevent the roadbed frost -defrost dis ease and to keep its stability.Considering this,the thermodynamics research is made as a starting point,the climate im pact factors,atmospheric radiation transm ission,radiation characteristics of the ground -atmosphere interface and the heat exchanging be tw een the ground and atmosphere are studied as a main thread.Based on the energ y conservation prin ciple,a commonly practicable thermodynamics nu merical model is established,aiming at the environ ment ground surface,the top surface and the rig ht and left side slope surfaces of the roadbed along the Qinghai Tibetan Railway.The model is suitable for quantitative research and for application to the heat status of the surface on the roadbed,w ith various slopes and directions,along the w hole line of the Qinghai T ibetan Railw ay.Key words :Qinghai T ibetan Railw ay;roadbed surface;thermody nam ics model;slope side;radiation budget764冰 川 冻 土24卷。
青藏铁路冻土路基变形监测与分析
（1）监测断面 针对青藏铁路中的主要保护冻土的路基形式， 选取通风管路基、块石路基、块石护坡路基、保温 材料路基和普通素土路基进行变形和温度分析。 （2）温度监测 考虑青藏铁路沿线地貌单元分布与多年冻土 的年平均地温分区、不同的工程措施布设原则，每 一个断面一般布设 6 个测温孔，路中 1 个、左右路 肩各 1 个、左右坡脚各 1 个、天然孔 1 个。测温孔 深一般要深入冻土天然上限以下 5～10 m。每间隔 0.5 m 布一个温度探头，温度探头采用冻土工程国 家重点实验室自行研制的热敏电阻，测温精度为± 0.05 ℃。数据采集用 Datataker 500 数据采集仪。 （3）变形监测 考虑到路堤本体的工后压缩变形和活动层的融 化变形，一般每一个断面布设 9 个变形监测点，路 基表面 3 个：路中 1 个、左右路肩各 1 个；路基下 （原天然地表）3 个：路中 1 个、左右路肩各 1，以 及相应的冰土原天然上限位置各一个。变形测试用 冻胀板，监测仪器为高精度水准仪。
在多年冻土地区修筑道路工程，不仅改变了路 基下多年冻土的温度状况，而且也改变了地基土的 受力状态。随着冻土路基温度以及受力条件的改变， 必然引起路基的热学和力学稳定性发生变化，从而 导致路基产生沉降变形[3]。道路工程随路面类型及 设计等级的不同，其容许变形量也不相同。当路基 变形超过一定标准时，就会对路面的平整度产生影 响，甚至引起路面发生破坏，从而影响车辆的正常 通行。
稳定，而无任何措施的普通路基目前变形仍未稳定。另外，各种路基左右路肩均存在变形差。基于以上分析可得到一个启示：
在高温、高含冰量冻土地区，由于路基下多年冻土温度升高产生的高温冻土压缩变形而引起的路基沉降变形具有相当大的量
级，很有可能成为冻土路基发生破坏的一个重要原因，工程实践中应给予足够的重视。
青藏高原公路路面结构水热差异变化分析
２ ０ １ ５年 ９月
东 南 大 学 学 报 （自然科 学版 ）
Ｊ Ｏ ＵＲ ＮＡ Ｌ Ｏ Ｆ Ｓ Ｏ ＵＴ ＨＥ Ａ Ｓ Ｔ ＵＮ Ｉ ＶＥ Ｒ Ｓ Ｉ ＴＹ （ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｂｙ ｃ ｏｎ ｔ ｉ ｎ ｕｏ ｕ ｓ ｌ ｙ ｍｏｎ ｉ ｔ ｏ ｉｎ ｒ ｇ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｐｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎｄ ｓ ｏ ｉ ｌ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ — ｔ ｈｅ ｒ ｍａ ｌ ｃ ｈａ ｎｇ ｅ ｓ ｉ ｎ ａ ｓ ｈ ａ ｌ ｌ ｏ ｗ
Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ Ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｏ ｎ ｇ Ｉ Ｑｉ ｎ ｇ ｂ ａ ｉ Ｌ ｉ ｕ Ｙｏ ｎ ｇ ｚ ｈ ｉ Ｗｅ ｎ Ｚ ｈ ｉ
（ Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｋｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｆ ｒ ｏ ｚ ｅ ｎ Ｓ ｏ ｉ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ， Ｃ ｏ ｌ ｄ ａ ｎ ｄ Ａｒ ｉ ｄ Ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｎ ｓ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｉ ｔ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， Ｌ ｎｚ ａ ｈ ｏ ｕ ７ ３ ０ ０ ０ ０， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ） （ Ｂ ｅ ｉ ｌ ｕ ｈ ｅ Ｏ ｂ ｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ Ｓ ｔ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｆ ｒ ｏ ｚ ｅ ｎ Ｓ ｏ ｉ ｌ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ｎｄ ａ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ， Ｃｏ ｌ ｄ ａ ｎ ｄ Ａ ｒ ｉ ｄ Ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｎ ｓ Ｅ ｎ ｖ ｒ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ
青藏铁路碎石护坡路基地温变化特点分析
ｍ。测 温孑 内热 敏 电阻传感 器按 ０ ５～１０ ｍ 间隔 布 Ｌ ． ． 置 。采用 自制 的数采 仪 自动 采集数据 ，每 ５天 观测 １ 次 。本文分析用 的数据时 间段 为 ２０ ０４年 １ １ 月 ４日至
２ｏ ０ ５年 ｌ ２月 ２ ８日。
３ 地温变化特点 ３ １ 左右路肩孑 地温时空变化 ． Ｌ
由表 １ 知 ，修筑碎石 护坡路 基后路基 下部原 天 可 然土层地温与未修路基 的天然地表下地 温相 比明显 升 高 。估计这与修筑路基后 的地气 热交换 条件改 变及施 工带入的热量对原天然土层产生了热扰动有关 。 ３ ２ 冻融过程对 比分析 ． （ ） 由图 ４可知 ，以 ０ｏ １ ｃ作为融化深度标志 ，多 年冻土具有双 向回冻 的特性 ，即从 地表 向地 下和从 多年冻土 上限向地表 的双向冻结 。这是 多年冻土 的一 个重要特 征。
—
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＊ 一左路 肩 ２ ｏ Ｏ４
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测 温 孔
６
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２ ０ ０ ４３
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－ 左 肩 ０ ６＋ 有路 ２５ ｏ 路肩 ２ｏ Ｏ４
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图 １ 测试 断面 路 基 结 构 示 意 图 （ 位 ： 单 ｍｌ
—
２０ ９ ０ ４．
右路肩 ２０ ０５
说明在设置了不对称碎石护坡条件下 ，左 右路 肩地温 场仍然存在不均匀性 。这是 由阴 阳两坡 的地 气热交换 条件存 在很大差异造成 的 。
地温／ ｏ Ｃ
一
地 温／
２ Ｏ ２ ４ ６
高原冻土之青藏铁路
高原冻土之青藏铁路高原冻土之青藏铁路浅析摘要：青藏铁路是目前世界上海拔最高的铁路，沿线常年平均气温在零摄氏度以下，空气中的含氧量仅为平原地区的一半。
铁路穿越海拔４０００米以上的地段为９６０公里，其中翻越唐古拉山最高点海拔达到５０７２米。
在这样的地方修建铁路，面临的最大问题之一是“冻土”。
冻土就是土壤在低温下冻结。
青藏高原高海拔地区的土壤和岩层常年都处于冻结状态，只是随着夏季的到来，地表表层会有一定程度的融化，但一到冬季，它又会重新开始冻结。
随着冻土路基、冻土区桥梁、涵洞、隧道、房建、管线等工程的顺利施工，世界上海拔最高、穿越高原多年冻土最长的青藏铁路，堪称“世界冻土工程博物馆”。
专家称，青藏铁路穿越世界上最复杂的冻土区，不少冻土工程措施都是国内外首创，可谓集冻土工程之大全青藏铁路格尔木至拉萨段，是目前全球穿越永久性冻土地带最长的高原铁路，这条铁路处于多年冻土区的线路就长达５５０公里。
而冻土对温度极为敏感，在多年冻土地段修筑铁路是一项世界性技术难题，冻土的特性对铁路的修建有非常大的影响，随着温度的变化，它会“发胖”或“变瘦”。
据了解，冻土在寒季就像冰一样冻结，随着温度的降低体积会发生膨胀，建在上面的路基和钢轨就会被“发胖”的冻土顶得凸起；到了夏季，融化的冻土体积缩小，路基和钢轨又会随之凹下去。
冻土的冻结和融化反复交替地出现，路基就会翻浆、冒泥，钢轨会出现波浪形高低起伏，对铁路运营安全造成威胁和正常通车造成巨大影响。
关键词：青藏铁路冻土威胁青藏铁路建设总指挥部专家组组长、冻土科学专家张鲁新说，冻土虽然在加拿大、俄罗斯等国家也存在，但他们是属高纬度冻土，比较稳定。
青藏铁路纬度低，海拔高，日照强烈，而太阳辐射对冻土有着非同寻常的影响。
加上青藏高原年轻，构造运动频繁，并且这里的多年冻土具有地温高、厚度薄、热融发育等特点，其复杂性和独特性举世无双。
冻土环境是高原生态环境的重要组成部分,青藏高原多年冻土区的冻土环境十分脆弱,多年冻土区铁路路基的修筑,干扰了工程区冻土生态环境的平衡,使工程区及相关区域的冻土环境和地表植被等发生了改变,使原本脆弱的冻土环境和高原生态环境遭到人为破坏,同时冻土环境的改变对工程本身也产生了不利的影响。
青藏铁路路基下高温_高含冰量冻土旁压试验研究
1引言
青藏铁路穿越连续多年冻土区 550 km，不连续 多年冻土区 82 km。其中有 275 km 处于高温冻土区 （年平均地温高于 − 1.0 ℃），有 221 km 通过高含 冰量冻土区（体积含冰量大于 20 %），高温、高含 冰量重叠路段 134 km，这对铁路路基的稳定性构成 了极大的威胁。程国栋[1]指出：高温、高含冰量冻 土加全球气候转暖使青藏高原铁路的修筑面临严峻 的挑战。青藏铁路成败的关键在于路基，路基成败 的关键在于冻土，冻土的关键问题是融沉。为此， 冻土科研工作者提出了主动冷却路基的思路，使得
（1.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 冻土工程国家重点试验室，兰州 730000；2.浙江建设职业技术学院，杭州 311231）
摘 要：为研究青藏铁路路基下高温-高含冰量冻土的力学性质，在青藏铁路北麓河试验段开展一系列旁压强度试验。试验
研究表明：路基的增加引起路基下多年冻土温度升高，未冻水含量增加，最终导致冻土旁压临塑压力 Pf 下降 31 %，旁压极 限压力 Pl 下降 44 %，旁压剪切模量 Gm 下降 80 %。对于高温冻结黏土，富冰冻土和饱冰冻土 Gm 对温度变化的敏感性高于 含土冰层；饱冰冻土的 Pf 和 Pl 对温度变化的敏感性高于富冰冻土和含土冰层。 关 键 词：旁压仪；高温-高含冰量冻土；青藏铁路；路基
766
岩土力学
2008 年
温度/ ℃
-2
0
2
4
6
0
1
2
深度/ m
3
天然孔 No.1
路基孔 No.1 4
路基孔 No.2
5
6
图 3 旁压试验孔地温状况 Fig.3 Temperature of pressiometer testing hole
青藏铁路粒径改良路基温控效果分析
Ｏ ｃ ． ２ ０７ ｔ ０
青 藏 铁 路粒 径 改 良路基 温 控 效 果 分 析 ＊
黄 明奎 汪 稔 。 胡 明鉴 。 ， ，
（． 庆 交 通 大 学 １重 土 木 建 筑 学 院 ， 庆 ４ ０ ７ ，． 国科 学 院 重 ００４２ 中 武 汉 岩 土力 学 研 究 所 岩 土力 学 重 点 实 验 室 ， 汉 ４０ ７ ） 武 ３ ０ １
Ｑｉｇ ａ— ｂ ｔｒ ｉ ｙ。ｈ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ｓ ｏ ｈ ｒ ｕ ｄ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｏ ｔ ｅ ｐ ｒｉｌ ｍｐ ｏ ｅ ｏ ｄ ｅ ｎ ｔ ｎ ｈｉ Ｔｉｅ ａｌ ｗａ ｔ ｅ ｃ ａ ａ ｔｒｓｉ ｆｔ ｅ ｇ ｏ ｎ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｔ ｈ ａ ｔｃｅ ｉ ｒ ｖ ｄ ｒ ａ ｂ ｄ ａ ｄ ｉ ｃ ｓ
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第２ 学 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＣｈ ｎ ｑｎ ｉｎ ｈ ｎｖ ｒ ｉ ｏ ｒ ａ ｏ ｇ ｉ ｇＪａ ｚ ｕ Ｕ ｉｅ ｓｔ ｏ ｙ
Ｖｏ ． ９ ＮＯ ５ １２ ．
措施 。
关 键 词 ： 藏 铁 路 ； 径 改 良路 基 ； 青 粒 多年 冻 土 ； 控 效 果 温
中图分类 号 ： １ ． ＋４ Ｕ２ ３ １
文献标 志码 ：
文 章编 号 ：０ ６ ７ ２ （０ ７ ０ — ０ １ ０ １ ０ — ３ ９ ２ ０ ）５ ０ ７— ４
青藏铁路楚玛尔河地区冻土路基地温状况分析
个 断面布置 ４个测试孔 ，每孔测试深度 １ ２ ７～ ０ｍ。测
试频率 为 ：地温观 测每 年 ２～１ 份每 月观 测 ２次 ， ２月 １ 月份观测 １ 次。本 文分 析的数据 期 限为 ２ ０ ２ ０ ０ ３～ ０ ７
年 。由于冻土路基热稳定性突 出表现在多年冻 面进行不 同路 基结构
温度状况 的分析 。
２ 不 同 结构 冻 土 路 基温 度场 现 状
２ １ 普通填土路基地温变化 ． （ ）所 监测 的普 通填 土路 基底 宽 ２ ． １ ０４ ｍ，顶 宽 ７ ３ｍ，路基 高度 ４ １ｍ。路基 各监 测孔 原 上 限 （ ． ． 深 度 ２０ｍ± ）处温度随时间变化 曲线如 图 １ ． ０ 。图 １ 显 示 ：路基 左侧天然上限温度在 监测 期间逐年升 高。从
・
６・
路 基 工 程 Ｓｂｒ ｅ ｎｉ ｅ ｎ ｕｇ ｄ ｇ ｅｒｇ ａ Ｅ ｎ ｉ
２ １ 年第 ３期 （ ０１ 总第 １６期 ） ５
续 的时间。左坡 脚孔 上限处 最高 温度 ２０ ０ ３年为 ０ １ ．７ ℃ ，至 ２０ ０ ７年 为 ０ ７ ． ７℃ ，升温 速 率 为 ０ １ ． ５℃／ 。 年 此 外 ，左 肩孔 中上 限 处年 平均 温 度升 高 速率 为 ０ ０ ．９ ￣／ ，且 发生融化的 ２０ Ｃ年 ０ ６年 ，最 高温度 为 ０２ ． ７℃。 这种情况对于路基热稳定性是十分不利 的 ，但该处地 下冰不发育 ，路基仍相对稳定 。路基右路 肩和坡脚 孑 Ｌ 中上限处温度基本保持原状 ，即在负温 范 围内周期 波 动 。对 比该断面路基左右两部分上 限温度变化 ，显示 由阴 阳坡效应造成 的差异 十分显 著。 （ ） 图 ２为各 监测孔地温随深度 、时间 的变化情 ２ 况 。该 图中左坡脚孔地温 变化显 示 ：其一 ，最 大融化 深度呈 缓 慢 下 降 趋 势 （ ℃ 线 下 降 ） ０ ；其 二 ，图 中 Ｉ℃线 逐年加深 ，２ ０ ０ ３年 一１℃线最大深 度为 ４ ６ ．４
青藏公路多年冻土路基内的热状况
青藏公路多年冻土路基内的热状况盛煜;刘永智;张建明;武敬民【期刊名称】《自然科学进展》【年(卷),期】2002(012)008【摘要】基于青藏公路沿线2组地温观测孔5年的地温观测资料,定量分析了高温冻土区和低温冻土区路基内的热状况.结果表明:路基近地表地温明显高于对应天然地表下的地温,路基近地表经历的融化期长于对应天然地表,高温冻土区路基内已形成贯穿融化夹层;进入路基内活动层的热收支呈明显热积累状态;进入高温冻土区路基下伏多年冻土内的热收支处于持续不断的吸热状态,进入低温多年冻土区的热收支也呈现出吸热明显大于放热的周期性变化;高温冻土区接近0℃的地温及其持续不断的热积累是引起下伏多年冻土不断融化的主要原因,低温冻土区进入多年冻土的热积累暂时以增高地温耗热为主,随着地温的增高,低温冻土区也可能发生强烈的冻土融化.【总页数】6页(P839-844)【作者】盛煜;刘永智;张建明;武敬民【作者单位】中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室,兰州,730000;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室,兰州,730000;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室,兰州,730000;交通部第一公路勘察设计研究院,西安,710068【正文语种】中文【中图分类】U41【相关文献】1.青藏高原与天山山地多年冻土地区生态环境状况的比较分析--以青藏公路格拉段与天山公路独库段为例 [J], 昌敦虎;陈鹏;陈济丁2.湿度对青藏公路多年冻土路基稳定性的影响 [J], 雒妞丽;毛雪松3.青藏铁路道砟层对冻土路基热状况影响分析 [J], 郑波;张建明;马小杰;覃英宏4.青藏公路多年冻土路基整治探讨 [J], 崔建恒;许东洲;程鸿哲5.青藏铁路多年冻土路基热—力稳定性数值仿真分析 [J], 张世民因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
青藏铁路主要冻土路基工程热稳定性及主要冻融灾害
青藏铁路主要冻土路基工程热稳定性及主要冻融灾害牛富俊;马巍;吴青柏【摘要】在介绍青藏高原多年冻土退化背景及其工程影响的基础上,通过主要冻土路基现场监测和沿线调查,对青藏铁路冻土路基2002年以来的地温发展过程、热学稳定性及次生冻融灾害进行了分析.结果表明:青藏铁路自2006年通车后冻土路基整体稳定,列车运行速度达100 km/h,达到设计要求,但不同结构路基的热学稳定性不同,采取“主动冷却”方法的路基稳定性显著优于传统普通填土路基.管道通风路基、遮阳棚路基及U型块石路基冷却下伏多年冻土的效果显著,块石基底路基左右侧对称性较差,而处于强烈退化冻土区和高温冻土区的普通路基热稳定性差,需结合路基所在区域局地气候因素予以调整或补强.以热融性、冻胀性及冻融性灾害为主的次生冻融灾害对路基稳定性存在潜在危害,主要表现为路基沉陷、掩埋、侧向热侵蚀等,其中目前最为严重的病害是以路桥过渡段沉降为代表的热融性灾害.%The background of permafrost degradation in the Qinghai-Tibet Plateau and its engineering impact in the region were introduced. Then based on the results of geo-hazard investigations and ground-temperature monitoring of the roadbeds along the Qinghai-Tibet Railway in the permafrost region1:, the development of ground temperature, thermal stability and secondary freezing-thawing hazards since 2002 were analyzed. The results showed that the roadbeds in the permafrost regions are stable in the whole since it was open to traffic in 2006. The train speed reaches 100 km/h, which achieves the design requirements. In-situ monitored results indicated that thermal stability of the roadbed constructed with a principle of "active cooling" method is much betterthan that of traditional roadbed. Among the cooling roadbeds, the duct-ventilated roadbed, sunshine-shield roadbed and U-type crushed-rock roadbed efficiently cooled the below permafrost. The roadbed with crushed-rock basement is unsymmetrical in thermal regime, and the thermal stability of the traditional roadbed is very weak, especially in the regions where permafrost is under intense degradation. Such sections should be reinforced considering the local climate factors. Along the railway, some main geo-hazards include thawing settlement, frost-heave and freezing-thawing induced hazards, and all of them might potentially influence the roadbed stability with settlement, burying and laterally thermal erosion. Currently the most serious one is the roadbed settlement in embankment-bridge transition section.【期刊名称】《地球科学与环境学报》【年(卷),期】2011(033)002【总页数】11页(P196-206)【关键词】青藏铁路;冻土;路基结构;主动冷却;热稳定性;冻融灾害【作者】牛富俊;马巍;吴青柏【作者单位】中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室，甘肃兰州730000;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室，甘肃兰州730000;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室，甘肃兰州730000【正文语种】中文【中图分类】P642.140 引言青藏铁路自2001年开工建设至今已10年,自2006年通车至今也已5年。
青藏铁路碎石护坡路基长期效果分析
青藏铁路碎石护坡路基长期效果分析刘争平【摘要】采用碎石护坡路基是多年冻土地区主要的工程处理措施。
本文依据2003-2011年青藏铁路楚玛尔河地区碎石护坡路基的地温及沉降数据，对其长期效果进行分析。
结果表明：采用碎石护坡路基能有效冷却地基和保护多年冻土，路基下地温总体上呈现降低趋势，竣工后2年内冻土人为上限有明显抬升，2005年以后上限基本稳定，冻土路基逐渐呈现出热稳定状态；碎石护坡对于减少路基阴阳坡的地温差异有显著作用；碎石护坡路基填筑完成后，其前期沉降较大，后期逐渐减小，2007年以后每年的沉降量均在10 mm以内，路基呈现出长期稳定状态；碎石护坡施工对铁路运行影响小，故对于冻土铁路可采用碎石护坡措施进行路基补强。
%T he rubble slop embankment is the main engineering measures in permafrost region. T his paper studied the long-term effect of the rubble slope embankment according to the ground temperature and settlement data in Chumaer river region of Qinghai-Tibet railway during 2003 to 2011. The results showed that the rubble slope embankment can effectively cool foundation and protect permafrost,the ground temperature under the roadbed shows a decreasing trend and the artificial upper limit of permafrost has been uplifted obviously in two years of completion,the upper limit is beginning to stabilize after 2005 and the permafrost roadbed gradually shows in thermal stable state,the rubble slope embankment has a significant role in reducing the ground temperature difference of both sides of the roadbed,the early settlement is big and the later settlement is small after the rubble slope embankment construction,the annualsettlement is within 10 mm after 2007 and the roadbed is in stable state over a long period of time,the construction of the rubble slope embankment has little effect on railway operation which means we could use the rubble slope measures for roadbed reinforcement of permafrost railway.【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2014(000)010【总页数】4页(P69-72)【关键词】青藏铁路;多年冻土;碎石护坡路基;长期监测【作者】刘争平【作者单位】中铁第一勘察设计院集团有限公司地路处，陕西西安 710043【正文语种】中文【中图分类】U213.11 概述青藏铁路格尔木至拉萨段全长1 142 km，其中穿越连续多年冻土地区长约550 km［1］。
青藏铁路多年冻土区含融化夹层路基的热状态
青藏铁路多年冻土区含融化夹层路基的热状态王宏磊;孙志忠;刘永智;武贵龙【期刊名称】《冰川冻土》【年(卷),期】2018(40)5【摘要】基于青藏铁路K1496+750监测断面含融化夹层路基长达10 a的地温监测数据,分析了在气候转暖及工程活动下天然场地及路基左右路肩下多年冻土热状态年变化过程、融化夹层的年变化过程及其对多年冻土热状态的影响。
结果表明:监测断面天然场地、左右路肩下多年冻土上限逐年下降,热稳定性逐年降低;观测期内,左路肩下发育有融化夹层,融化夹层厚度在波动中呈增厚趋势,且其增厚主要是由多年冻土人为上限下降所致,而天然场地及右路肩下未发育融化夹层;多年冻土上限附近土体热积累显著,进而导致多年冻土上限逐年下降及其附近土体温度逐年升高,弱化了多年冻土的热稳定性;后期增加的块石护坡和热管两种具有"主动冷却"效能的工程补强措施很好的改善了路基的热稳定性,右路肩经工程补强措施后,多年冻土人为上限得到显著抬升,热稳定性得到显著改善,而左路肩由于融化夹层的存在,工程补强措施仅仅维持了当前多年冻土热状态,融化夹层的存在一定程度上弱化了工程补强措施所产生的冷却效能。
【总页数】9页(P934-942)【作者】王宏磊;孙志忠;刘永智;武贵龙【作者单位】中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室;中国科学院大学【正文语种】中文【中图分类】U212.22【相关文献】1.青藏铁路多年冻土区路基热防护工程效果分析2.青藏铁路多年冻土区热棒路基地温场分析3.青藏铁路多年冻土区路堤人为上限与融化夹层的数值模拟分析4.青藏铁路多年冻土区普通路基热状况监测分析5.青藏铁路路基下融化夹层特征及其对路基沉降变形的影响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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第24卷 第23期岩石力学与工程学报 V ol.24 No.232005年12月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec.，2005收稿日期：2004–10–17；修回日期：2005–03–23基金项目：中国科学院知识创新工程重大项目(KZCXI –SW –04)；中国科学院武汉岩土力学研究所前沿基础研究基金资助项目(Q110303)作者简介：黄明奎(1975–)，男，博士，1999年毕业于包头钢铁学院建筑工程系建筑工程专业，主要从事岩土力学方面的研究工作。
E-mail ：青藏铁路粒径改良路基热状况分析黄明奎1，2，汪 稔2，胡明鉴2(1. 重庆交通学院 土木建筑学院，重庆 400074；2. 中国科学院 武汉岩土力学研究所岩土力学重点实验室，湖北 武汉 430071)摘要：基于青藏铁路北麓河试验段粒径改良路基、普通路基、天然场地的地温监测资料，定量分析了3种方式下土层的热状况变化特征。
结果表明：修筑有路基的吸热量大于天然场地的吸热量；粒径改良路基经历的融化期略长于天然场地，但远短于普通路基。
从热收支状况来看，粒径改良路基放热强度大于吸热强度，总体呈现出放热状态，但同天然场地相比，热收支变化不甚突出。
粒径改良路基有使路基表层热收支趋于天然状态的趋势，具有保护多年冻土的作用，是一种积极保护冻土的较好的措施。
关键词：土力学；粒径改良路基；热收支；地温；多年冻土中图分类号：TU 431 文献标识码 A 文章编号 1000–6915(2005)23–4390–06ANALYSIS OF THERMAL STATE UNDER PARTICLE REFORMATIVEROADBED IN QINGHAI —TIBET RAILWAYHUANG Ming-kui 1，2，WANG Ren 2，HU Ming-jian 2(1. School of Civil Engineering and Architecture ，Chongqing Jiaotong University ，Chongqing 400074，China ；2. Key Laboratory of Rock and Soil Mechanics ，Institute of Rock and Soil Mechanics ，Chinese Academy of Sciences ，Wuhan 430071，China )Abstract ：Based on observed data of particle reformative roadbed ，normal roadbed and natural ground in Beiluhe test site of Qinghai —Tibet Railway ，the characteristics of underlying ground thermal regime of three modes are quantitatively analyzed. Results indicate that the endothermic quantity of constructing embankment is greater than that of natural field. The thaw period of particle reformative roadbed is longer than that of natural field ，but less than that of normal roadbed. By contrast with natural ground ，the thermal exchange of the particle reformative roadbed is almost equal to natural ground according to thermal exchange state. The exothermal intensity is greater than the endothermal intensity. It entirely presents exothermal state. The thermal exchange state can be restored by using the particle reformative roadbed. It takes on the effect that the particle reformative roadbed can protect frozen soil and it is also an effective way to actively protect frozen soil.Key words ：soil mechanics ；particle reformative roadbed ；thermal exchange ；ground temperature ；permafrost1 引 言青藏铁路建设的一个重要问题是路基的稳定性，而多年冻土区路基稳定的关键在于冻土。
然而在多年冻土区修筑道路后，打破了原有的地气相对平衡的热交换状态，代之而来的是以吸热为主的非平衡热交换状态，导致冻土融化，道路下沉，影响路基的稳定[1～4]。
因此，多年冻土的热稳定性是制约青藏铁路路基稳定性的最主要的因素之一。
如何采取工程措施预防、防治由于冻土的热状况变化产生的不良影响，已成为冻土区工程建设的重要研究第24卷 第23期 黄明奎等. 青藏铁路粒径改良路基热状况分析 • 4391 •内容。
目前，保护多年冻土路基所采用的方法很多，常用的有抬高路基高度或在路基中增铺保温材料[5]等被动消极的方法以及埋设通风管[2，6]、碎片石路基或护坡[7，8]、热棒[9]等主动保护冻土的方法。
粒径改良路基是一种积极主动保护多年冻土的措施，它主要是通过对路基填土颗粒的筛分，颗粒重组，形成不同要求粒径组合的物理改良土层，从而改变路基填土结构来改变路基与大气间的热交换关系，最终达到保护冻土的目的，理论上讲属于调控对流范畴，即以其内部较大的孔隙和较强的自由对流使得路基由于冬夏空气密度等差异而不断发生能量交换和热量屏蔽，达到保护冻土的目的。
本文根据青藏铁路北麓河试验段粒径改良路基近1 a 的地温观测资料，对路基下热状况进行初步分析。
2 试验工程概况及现场测试方案试验路基位于北麓河盆地南部，青藏铁路正线路基(里程标号DK1140+970～DK1140+985)右侧挡水捻上。
该段为厚层地下冰地段，地下冰分布极为广泛，其体积含冰量大于50%，多为悬浮状构造，土颗粒悬浮于冰层中，融化后饱和有大量出水或呈流动状，主要分布于冻土上限以下1～3 m 范围内，厚度一般为1～2 m ，最厚可达3 m 。
饱冰、富冰冻土在剖面上主要分布在含土冰层以下一定范围内，其体积含冰量为20%～50%，多为层状、网状构造，融化后饱和有较多水分渗出。
试验段分成粒径改良重组段、粒径改良重组加透壁通风管试验段、透壁通风管试验段、普通通风管试验段和普通路基试验段，每段长3 m ，路基上宽2 m ，坡比1∶1.5，高1.6 m 。
粒径改良重组段由下至上按粒径φ＜10 mm ，10 mm ＜φ＜25 mm ，φ＞25 mm 粒径组填筑，每层厚40 cm ，详见图1，各粒径组百分含量详见其颗分曲线[10]。
为防止路基产生不均匀沉降和切断上下层水分上下顺利迁移的通道，平整铺设塑料排水板，排水板条间距不超过2 cm 。
试验路基填土物理参数如表1所示。
根据试验段工程措施设计，在每种处理措施路基中心及天然场地均布置有地温观测孔，天然孔深为6 m ，路基中心孔深为7.6 m 。
钻孔布置及热敏 电阻测点布置详见文[10]，即对于天然场地孔，其测温探头布置深度分别为天然地面以下0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，4.0，6.0 m(以天然地面算起，向上为正)；粒径改良重组段、粒径改良重组加透 壁通风管试验段测温探头布置深度分别为路基表面下0.4，0.8，1.2，1.6，2.1，2.6，3.1，3.6，4.1， 4.6，5.6，7.6 m(以路基表面算起，向上为正)；透 壁通风管试验段、普通通风管试验段和普通路基 试验段测温探头布置分别为路基表面下0.8，1.6，2.6，3.6，4.6，5.6，7.6 m(以路基表面算起，向上为正)。
地温采用人工观测，温度场监测探头采用热敏电阻，热敏电阻室内测温精度可达0.01℃，人工观测电阻时采用Fluke 多功能万用表测试，通过实验图1 粒径改良路基结构示意图(单位：m)Fig.1 Sketch diagram of particle reformative roadbed(unit ：m)2.0φ＞25 mm 10 mm ＜φ＜25 mmφ＜10 mm φ＜10 mm• 4392 • 岩石力学与工程学报 2005年表1 试验路基填土物理参数Table 1 Physical parameters of fill for experimentalroadbed最佳含水量/% 天然含水量/%最大干密度/(g ·cm －3)比重液限/%塑限 /%塑性指数/％ 7.66～13 1.67～1.692.649 24.8 11.413.4室标定的参数将电阻换算成温度。
试验路基修筑和设备安装于2003年9月7日完成，经调试后于9月8日即进行观测。
初期上、下午各进行1次温度测试，持续一个月，后期每月进行3次温度观测。
3 观测结果及分析本文选择粒径改良路基、普通路基、天然场地的观测资料分析路基下多年冻土的热收支状况，以期对比分析粒径改良路基热状况变化特征，以便反映进入活动层及下伏多年冻土的热状况，从而分析粒径改良路基的温控效果。
3.1 进入活动层的热收支状况活动层及下伏多年冻土的热状况主要依赖于地气交换所决定的由地表进入活动层的热量收支情况。
虽然无法确切知道发生在地表的地气热交换的各个分量(辐射、对流等)，根据文[11]，可以采用0.5和1.0 m 深度处的地温通过热传导原理来近似估算进入活动层的热流量。
考虑到目的在于分析修筑路基后进入活动层的热量收支，再加上青藏高原实际的气候环境(气候干燥、土壤上层含水量一般较低等)，因此，不再考虑年周期内处于平衡状态的相变潜热，而采用热传导原理来计算热收支认为是较为准确的。
进入0.5～1.0 m 深度层的热流通量可近似表示为z T q ∂∂−=λ≈zT T Δ5.00.1−−λ (1) 式中：q 为热流通量(W /m 2)；λ为导热系数(W ·(m ·℃)－1)；T 为温度(℃)；T 1.0，T 0.5分别为表面下1.0和0.5 m 深度处的地温；=z Δ0.5 m 。