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地震作用下高原多年冻土区高填方路基动力响应

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长安大学学报（自然科学版） 2017年第4期37卷 67-75页

作者：汪水银沙爱民穆柯朱东鹏金龙长安大学公路学院陕西西安710064 中交第一公路勘察设计研究院有限公司陕西西安710068

针对青藏高原多年冻土区路基在地震作用下出现大量破坏这一实际问题,以G214公路工程地质条件为基础,以西宁台站、大武台站、都兰台站等实测地震加速度数据作为边界条件,建立有限元模型,计算地震荷载下多年冻土区路基动力学响应。计算了-... 详细信息

针对青藏高原多年冻土区路基在地震作用下出现大量破坏这一实际问题,以G214公路工程地质条件为基础,以西宁台站、大武台站、都兰台站等实测地震加速度数据作为边界条件,建立有限元模型,计算地震荷载下多年冻土区路基动力学响应。计算了-0.2℃、-0.5℃、-0.8℃年平均地温工况下路基动力响应,并以此为基础研究温度对路基动力响应影响;以1、4、7、10月温度场计算结果为依托,计算了不同季节工况对路基动力响应影响;以5、10、15m高填路基为样本,通过动力分析,确定填方高度对路基动力响应影响;同时考虑阴阳坡效应对路基稳定性影响,对比分析阴阳坡侧动力响应差异,并对比分析各因素对路基动力稳定性影响权重,确定其中主要因素。研究结果表明:地震荷载作用下,填土高度对路基稳定性的影响大于季节及温度的影响;受路基阴阳坡效应的影响,阳坡侧路基位移峰值大于阴坡侧,路肩处阳坡侧水平位移峰值比阴坡侧高42.9%,阳坡侧坡脚水平位移比阴坡侧高42.8%;10月份为路基体受力及变形最不利季节,冻土地温越高,路基顶面及坡脚点位移幅值越大,且地温对坡脚点位移的影响大于路基中心点;在地震作用下,有明显阴阳坡效应的多年冻土路基坡脚位移差别较大,路基阳坡侧较阴坡侧有更高的失稳风险。

关键词：道路工程多年冻土有限元法地震高填方路基动力响应

宽幅沥青路面热效应对其下部土体热状态的影响

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冰川冻土 2014年第4期36卷 845-853页

作者：朱东鹏董元宏刘戈彭惠中交第一公路勘察设计研究院有限公司多年冻土区公路建设与养护技术交通行业重点实验室陕西西安710065

在多年冻土区,道路工程建设会引起下伏冻土吸热融化,进而威胁上部工程稳定性,这一冻土问题是多年冻土区工程建设面对的重要问题.对于青藏高速公路而言,由于铺设高吸热性的沥青路面和路基幅面增宽引起的尺度效应,路基吸热量较普通路基将... 详细信息

在多年冻土区,道路工程建设会引起下伏冻土吸热融化,进而威胁上部工程稳定性,这一冻土问题是多年冻土区工程建设面对的重要问题.对于青藏高速公路而言,由于铺设高吸热性的沥青路面和路基幅面增宽引起的尺度效应,路基吸热量较普通路基将大幅增加,使得其冻土问题更为突出.基于此,利用数值仿真手段,考虑全球气候变暖背景,对宽幅路基修建完成后20 a的热状况进行预测研究和比较分析,阐明了宽幅面沥青路面热效应对下部土体热状态的影响及其与路基边坡水平热效应的综合贡献,比较分析了全幅修建和分幅修建条件下下伏冻土热状态的异同.研究成果将为多年冻土区高速公路的路基稳定性研究和建设模式等提供基础理论指导.

关键词：道路工程热效应宽幅沥青路面数值模拟多年冻土区

青藏高原多年冻土区高等级公路路面结构温度场研究

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公路交通科技 2013年第8期30卷 29-36页

作者：朱东鹏汪双杰司伟袁堃中国科学院寒区旱区环境与工程研究所甘肃兰州730000 多年冻土区公路建设与养护技术交通行业重点实验室陕西西安710075 长安大学陕西西安710064

为研究青藏高原多年冻土区不同路面宽度对路面温度场的影响,在青藏公路楚玛尔河地区进行了现场观测,观测结果初步证明不同的路面宽度吸热量存在明显的差异,并根据五道梁地区气候环境与实际工程,建立了路面结构温度场有限元计算模型,对... 详细信息

为研究青藏高原多年冻土区不同路面宽度对路面温度场的影响,在青藏公路楚玛尔河地区进行了现场观测,观测结果初步证明不同的路面宽度吸热量存在明显的差异,并根据五道梁地区气候环境与实际工程,建立了路面结构温度场有限元计算模型,对不同路面结构、路基类型的路面温度场分布特性进行了对比分析,推荐了适宜于青藏高原多年冻土区温度特性的高等级公路路面结构及路基类型。结果表明:路面厚度增大,使路面结构对外界环境的温度敏感性降低,路基顶面温度年振幅减小,减少夏季外部热量向路基内部传递;整体式路基的路面结构层温度高于分离式路基,对原始地表温度场的扰动较大,在冻土地区宜采用分离式路基形式。

关键词：道路工程高等级公路有限元温度场青藏高原

共玉高速公路多年冻土特殊路基基底处理方法研究

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公路 2016年第1期61卷 36-42页

作者：符进朱东鹏张会建中交第一公路勘察设计研究院有限公司多年冻土区公路建设与养护技术交通行业重点实验室西安市710068

为了研究共玉高速公路多年冻土特殊路基基底的处理方法,建立了数值仿真模型,模拟分析了清表及不清表的冻土路基地温特征,同时结合现场试验研究进一步分析了振动压实、冲击碾压等不同压实方法在地基处理时的压实效果。研究结果表明,清表... 详细信息

为了研究共玉高速公路多年冻土特殊路基基底的处理方法,建立了数值仿真模型,模拟分析了清表及不清表的冻土路基地温特征,同时结合现场试验研究进一步分析了振动压实、冲击碾压等不同压实方法在地基处理时的压实效果。研究结果表明,清表后的路基中会形成融化核,对路基长期的稳定性是不利的。多年冻土地区地基处理时不清表,可采用冲击碾压进行地基压实。与振动压实相比,多年冻土区采用冲击碾压后,压实厚度是振动压实的两倍,路基整体的压实性更好。研究结论对多年冻土区高速公路特殊路基设计及现场施工具有指导意义。

关键词：共玉公路多年冻土区特殊路基基底处理

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应用于冻土路基的XPS保温板力学性能

中国公路学报 2015年第12期28卷 64-68页

作者：董元宏朱东鹏张会建陈冬根龙炎飞中交第一公路勘察设计研究院有限公司多年冻土区公路建设与养护技术交通行业重点实验室陕西西安710065 西安通理昌弘管理咨询有限公司陕西西安710065

为解决G214线共和—结古公路冻土路基施工过程中出现的挤塑式聚苯乙烯(XPS)保温板路基弯沉不达标及选材标准等问题,针对不同厂家生产的XPS保温板开展了单轴压缩试验,得到了其弹性模量和抗压强度,采用数值方法研究了XPS保温板弹性模量对... 详细信息

为解决G214线共和—结古公路冻土路基施工过程中出现的挤塑式聚苯乙烯(XPS)保温板路基弯沉不达标及选材标准等问题,针对不同厂家生产的XPS保温板开展了单轴压缩试验,得到了其弹性模量和抗压强度,采用数值方法研究了XPS保温板弹性模量对路基弯沉的影响规律,分别计算了其在施工荷载和工后荷载条件下的应力分布。基于计算结果提出了能够满足冻土路基设计要求的XPS保温板力学性能指标。研究结果表明:路用XPS保温板应同时满足以下2个条件,即为满足路基弯沉的设计要求,弹性模量应大于45MPa,为满足施工期和工后运营期的强度要求,抗压强度不得小于500kPa。

关键词：道路工程 XPS保温板数值计算弹性模量抗压强度

多年冻土区路基尺度效应对路面结构力学响应的影响

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冰川冻土 2014年第4期36卷 862-869页

作者：穆柯金龙朱东鹏陈建兵袁堃中交第一公路勘察设计研究院有限公司陕西西安710075

为了研究不同尺度路基融沉作用对路面结构层力学响应的影响,建立了基于热力耦合理论的有限元模型,系统研究不同路基尺度工况下,融沉作用对不同厚度路面、不同材料基层的力学分布规律影响.结果表明:相同的融沉条件下,整体式路基较分离式... 详细信息

为了研究不同尺度路基融沉作用对路面结构层力学响应的影响,建立了基于热力耦合理论的有限元模型,系统研究不同路基尺度工况下,融沉作用对不同厚度路面、不同材料基层的力学分布规律影响.结果表明:相同的融沉条件下,整体式路基较分离式及二级路基,变形分别增大45%、64%,应力增大17.5%、21.7%.高速公路面层由于路基较宽,地基融沉更容易向上传递,进而导致面层底部应力增大,最终造成面层的破坏.因此,路面设计过程中保证一定的面层厚度,并采用柔性基层减小模量,可有效以降低层底应力水平,并防止基层裂缝向上反射.

关键词：道路工程冻土路基尺度效应 FEM

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典型冻土路基变形调控措施应用效能分析

公路交通科技 2017年第10期34卷 34-41页

作者：樊凯俞祁浩李金平朱东鹏中交第一公路勘察设计研究院有限公司高寒高海拔地区道路工程安全与健康国家重点实验室陕西西安710064 中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃兰州730000

为了解决多年冻土区路基变形控制与稳定性问题,满足高海拔多年冻土区路基调控措施的选型需求,以青藏公路、国道214线共和至玉树公路、中科院北麓河高等级试验公路中已试验应用的一些典型路基调控措施为研究对象,采用实测数据分析、数值... 详细信息

为了解决多年冻土区路基变形控制与稳定性问题,满足高海拔多年冻土区路基调控措施的选型需求,以青藏公路、国道214线共和至玉树公路、中科院北麓河高等级试验公路中已试验应用的一些典型路基调控措施为研究对象,采用实测数据分析、数值模拟等方法,将实体试验工程长时间序列监测数据反映的情形与数值模拟结果对照,并结合道路运营状态调查等技术手段对各类典型调控措施的长期作用效能进行验证,探讨其在高等级公路中的适应性。研究表明:隔热层工程措施、热棒工程措施、空心块护坡工程措施等基于温度调控的冻土路基变形调控措施,主要通过减少路基基底吸热、调控路基基底温度场的变化趋势与强度,实现对冻土路基变形进行调控,它们对路基自身结构安全与稳定性要求较高,长期作用效能没有达到设计预期,该类调控措施在路基变形调控应用中不宜单独使用,应注重与其他调控措施组合使用;块石路基、通风管路基、全断面通风路基等主要基于水、热同时调控的工程措施,它们通过减弱水的影响,对流换热增加基底冷储量,减少路基体水热影响作用明显,虽然也存在有些措施热效能不足、路基基底整体处于净吸热状态的问题,但其自身结构力学稳定性和水稳定性较好,综合使用效能经长期观察是积极的,路基变形能基本达到设计预期。

关键词：道路工程效能分析数值模拟路基变形典型调控措施多年冻土

路基宽度对多年冻土区透壁式通风管-块石复合路基降温效应的影响

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公路交通科技 2019年第4期36卷 28-35页

作者：李越孙红葛修润朱东鹏陈建兵上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 中交第一公路勘察设计研究院有限公司陕西西安710075

多年冻土区公路路基大多属高温冻土、极易受工程的影响产生融化下沉,多年冻土区宽幅公路聚热效应尤明显,路基宽度的增加会导致路基病害加重,路基稳定性问题已成为青藏道路工程建设亟待解决的关键问题。透壁式通风管-块石复合路基是一种... 详细信息

多年冻土区公路路基大多属高温冻土、极易受工程的影响产生融化下沉,多年冻土区宽幅公路聚热效应尤明显,路基宽度的增加会导致路基病害加重,路基稳定性问题已成为青藏道路工程建设亟待解决的关键问题。透壁式通风管-块石复合路基是一种主动降温措施。为研究其在宽幅公路的冷却效果及路基宽度的变化对路基降温效应的影响,基于块石层和通风管中空气的流速场和多孔介质传热的温度场的特征,采用两相物理场耦合关系,在考虑全球气候变暖以及路基两侧阴阳坡的条件下对宽幅公路透壁式通风管-块石复合路基的温度场进行数值模拟,分析路基施工后10年间的降温效应。研究结果表明:相较于素土路基,透壁式通风管-块石复合路基在路基下侧形成稳定冰核,对宽幅公路的冷却效果更为显著,宽度对路基的风速场和温度场影响明显。路基宽度增大,透壁式通风管风速减小,块石层风速增加,冰核面积及其下移深度增长速率变小,路基稳定时间加长,透壁式通风管-块石复合路基的降温效应逐渐减弱。当路基宽度大于32 m时,块石层风速增长速率明显放缓,低温区域面积增长速率及边缘深度下移增长速率下降,路基稳定时间延长,零温线上升高度减小。

关键词：道路工程降温效应数值分析复合路基宽幅公路透壁式通风管

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高原冻土区公路路基病害及工程对策

中国工程科学 2017年第6期19卷 140-146页

作者：汪双杰金龙穆柯朱东鹏陈冬根董元宏中交第一公路勘察设计研究院有限公司国家高寒高海拔地区道路工程安全与健康国家重点实验室西安710075

本文分析了青藏公路60多年来的历次改建及病害资料,以道路病害率为依据将青藏公路分为稳定区、基本稳定区、不稳定区和极不稳定区;选取了134 km典型病害路段,分析年平均地温、冻土上限退化速率、含冰量与道路病害关系,确定各因素影响下... 详细信息

本文分析了青藏公路60多年来的历次改建及病害资料,以道路病害率为依据将青藏公路分为稳定区、基本稳定区、不稳定区和极不稳定区;选取了134 km典型病害路段,分析年平均地温、冻土上限退化速率、含冰量与道路病害关系,确定各因素影响下道路的平均使用年限;研究热棒、片块石、保温板、通风管路基处治效果,以及各处治措施实施后引发的新工程病害,分析新生病害的时间效应,并介绍了弥散式通风路基、单向导热板路基和路基路面一体化散热结构等适用于大尺度冻土路基的新型稳定技术。研究结果表明:年平均地温、冻土上限退化速率、含冰量等因素与道路使用寿命均为负相关关系,在各类处治措施中,热棒、片块石、保温板、通风管加片块石对病害预防的有效率较高。

关键词：多年冻土时间尺度效应路基病害现场调查大尺度路基稳定技术