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青藏公路热棒路基降温效能

交通运输工程学报 2016年第4期16卷 45-58页

作者：金龙汪双杰穆柯彭惠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710075

为了分析多年冻土区热棒路基的工程效果,定量评价其降温效能,基于青藏公路热棒路基试验工程近11年的现场监测数据,分析了热棒路基的地温特征、温度场形态和冻融过程,估算了阴阳坡影响下热棒附近的水平热收支状况。建立了空气-热棒-冻土... 详细信息

为了分析多年冻土区热棒路基的工程效果,定量评价其降温效能,基于青藏公路热棒路基试验工程近11年的现场监测数据,分析了热棒路基的地温特征、温度场形态和冻融过程,估算了阴阳坡影响下热棒附近的水平热收支状况。建立了空气-热棒-冻土地基三维非稳态耦合计算模型,分析了不同结构形式（单侧直插式、单侧斜插式、双侧直插式与双侧斜插式）的热棒路基的降温效能。实测结果表明：在热棒作用下,阳坡侧路基地温可降到-1.5℃附近,较普通路基地温降低约3.0℃,阴坡侧路基地温最低达到-2.1℃;热棒路基经过11年的营运,阳坡侧冻土上限抬升约0.95m,基本达到天然地基水平;阴阳坡两侧热棒的年平均实际功率分别约为69.80、54.07 W,且热棒路基在最初5年传递能量较大,第6年后逐渐减小,此后路基的热状况进入相对稳定的状态。计算结果表明：双侧直插式热棒路基与双侧斜插式热棒路基第20年冻土上限分别为2.88、1.88m,而单侧直插式热棒路基与单侧斜插式热棒路基第20年冻土上限分别为3.84、3.46m,因此,双侧热棒路基的长期降温效果明显强于单侧热棒路基,斜插式热棒路基强于直插式热棒路基;单根热棒的年平均功率为47~56 W,与试验工程监测结果较为吻合。

关键词：路基工程热棒路基现场观测数值模拟阴阳坡效应降温效能

基于多源遥感数据的青藏公路走廊积雪灾害评价

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交通运输工程学报 2016年第4期16卷 122-132页

作者：于晖张岭梅王佐路勋赵立廷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710075

利用多源遥感数据信息,开展了青藏公路走廊所在区域的积雪空间分布特征调查,对重点路段进行了积雪灾害评估。充分考虑了地形和山地积雪特征,采用多种去云过程和步骤相结合,完成逐日积雪云量消除。利用无云MODIS逐日积雪面积数据统计年... 详细信息

利用多源遥感数据信息,开展了青藏公路走廊所在区域的积雪空间分布特征调查,对重点路段进行了积雪灾害评估。充分考虑了地形和山地积雪特征,采用多种去云过程和步骤相结合,完成逐日积雪云量消除。利用无云MODIS逐日积雪面积数据统计年均积雪日数,在大尺度范围内提取公路积雪信息,判断整个线路中重点积雪路段。利用Landsat影像的高空间分辨率特性,采用归一化差值积雪指数阈值法识别重点积雪路段各里程处积雪和非积雪区域,有效提取了公路重点积雪路段积雪空间分布信息,更加精确地对公路积雪灾害进行监测和评估。基于影像时空信息对云覆盖像元下地表温度信息进行了重建,并对代表性问题进行分析验证,采用重建的MODIS逐日地表温度计算年均地表温度,对青藏公路走廊沿线重点积雪路段的积雪灾害信息进行判断提取。分析结果表明:评价方法可以有效地对青藏公路走廊沿线积雪分布进行监测与提取,重点积雪区域主要分布在昆仑山、五道梁、风火山、唐古拉山,其中部分路段积雪量较大且易发生道路结冰现象。

关键词：青藏公路积雪灾害多源遥感数据积雪空间分布道路结冰

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多年冻土区热棒路基应用效果

交通运输工程学报 2016年第4期16卷 59-67页

作者：刘戈汪双杰金龙董元宏袁堃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710075

为了研究热棒在青藏公路多年冻土区的应用效果,基于楚玛尔河试验监测场地8年的地温观测数据,以水平温度梯度为指标,分析了不同时期热棒的有效半径。为了提高热棒的调控效果,拓展热棒的使用范围,满足宽幅路基强吸热的使用要求,依托北麓... 详细信息

为了研究热棒在青藏公路多年冻土区的应用效果,基于楚玛尔河试验监测场地8年的地温观测数据,以水平温度梯度为指标,分析了不同时期热棒的有效半径。为了提高热棒的调控效果,拓展热棒的使用范围,满足宽幅路基强吸热的使用要求,依托北麓河与安多2个试验监测场地,分析了热棒-XPS板路基与热棒-片块石路基地温监测数据。分析结果表明:热棒工作1年后的有效半径约为2.3m,此后,随着热棒工作时间的增加,热棒影响范围逐渐增大;在热棒工作的前5年,地温降幅明显,周围土体地温降幅都基本维持在0.5℃以上,之后每年降温较小,这主要是由于外界环境温度升高,气温与地温的温差逐渐减小,热棒工作的动力逐渐衰减引起的;在热棒工作的8年中,由于热棒的持续制冷作用,热棒路基的人为上限基本不变,而普通路基同时期人为上限最大降低约为80cm;热棒-XPS板路基从6月份开始,XPS板上下温差不断增大,最大温差约为17℃,有效阻隔了暖季大量热量向板下传递;热棒-片块石路基通过2年的调控作用,地温最大降幅为0.51℃。

关键词：路基工程多年冻土区热棒路基应用效果

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多年冻土区公路隧道融化圈计算方法

交通运输工程学报 2016年第4期16卷 141-150页

作者：姚红志张晓旭董长松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710075

为得到多年冻土区公路隧道围岩温度场和融化圈的发展规律,建立了围岩融化圈的计算方法,对融化圈深度和围岩温度的计算值与实测值进行了对比,采用有限元法分析了支护对融化圈的影响。分析结果表明:围岩温度平均误差不超过0.6℃,融化圈深... 详细信息

为得到多年冻土区公路隧道围岩温度场和融化圈的发展规律,建立了围岩融化圈的计算方法,对融化圈深度和围岩温度的计算值与实测值进行了对比,采用有限元法分析了支护对融化圈的影响。分析结果表明:围岩温度平均误差不超过0.6℃,融化圈深度误差不超过10%,计算值与实测值吻合较好;每延迟1d施作喷射混凝土,融化圈深度增大10cm,喷射混凝土厚度每增加5cm,融化圈深度增加约10cm;一次模筑混凝土入模温度为15℃时的融化圈深度比入模温度为5℃时大了约10cm;当保温板厚度从5cm增加到20cm时,融化圈深度减小2/3,保温板及二次模筑混凝土水化热对融化圈深度有较大影响;洞内风速为3.0 m·s^(-1)时的融化圈深度比洞内风速为1.0m·s^(-1)时减小了10~20cm;施作喷射混凝土30、60、90、120d后,洞内气温为8℃时的融化圈深度为洞内气温为2℃时的1.25、1.31、1.35、1.40倍。可见,洞内气温宜控制在3℃~5℃,围岩开挖后应尽早施作支护,宜选用低热或中热水泥以降低混凝土释放的水化热。

关键词：隧道工程融化圈有限元多年冻土区支护结构

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高寒高海拔多年冻土区拓宽路基差异沉降

交通运输工程学报 2016年第4期16卷 68-77页

作者：穆柯袁堃金龙董元宏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710075

为了研究高寒高海拔多年冻土区拓宽路基面层吸热对下伏多年冻土温度与沉降的影响,建立了基于热力耦合理论的差异沉降计算的有限元模型,并利用实体工程监测数据对模型进行了修正,分析了不同季节、不同填高与阴阳坡工况下拓宽侧路基差异... 详细信息

为了研究高寒高海拔多年冻土区拓宽路基面层吸热对下伏多年冻土温度与沉降的影响,建立了基于热力耦合理论的差异沉降计算的有限元模型,并利用实体工程监测数据对模型进行了修正,分析了不同季节、不同填高与阴阳坡工况下拓宽侧路基差异沉降分布规律,确定了多年冻土区最优路基拓宽位置。研究结果表明：多年冻土区拓宽路基最大融深与沉降均出现在秋季,10月份的变形最不利,病害特征最突出,其中4m填高路基第10年最大差异沉降为16.9cm,分别为7、1、4月份沉降的1.1、1.4、1.7倍;差异沉降与路基填高存在正相关性,当路基填高分别为2、4、6 m时,10年内路基的差异沉降分别为13.2、16.9、18.1cm;阴坡侧拓宽路基的温度与沉降变化小于阳坡侧,在10年内,阳坡侧拓宽路基底面最大升温为1.3℃,阴坡侧为0.6℃,阳坡侧拓宽路基最大差异沉降为16.9cm,阴坡侧为12.3cm;即使阴坡侧拓宽,差异沉降仍使拓宽路基顶面形成一个斜率为2%~3%的斜坡,进而使路面产生较大附加应力,最终造成结构层病害。

关键词：路基工程冻土路基差异沉降阴阳坡效应热力耦合理论融沉监测

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高寒冻土区路基变形演化规律与破坏特征

交通运输工程学报 2016年第4期16卷 78-87页

作者：李金平张娟陈建兵朱东鹏袁堃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710075

为进一步研究高寒冻土区路基变形破坏演化过程,以漠北公路K6＋200断面处的高温高含冰量冻土区路基和K8＋200断面处的低温高含冰量冻土区路基为研究对象,在路基不同部位和路基下不同深度处土体埋设温度传感器和变形传感器,研究了高纬度... 详细信息

为进一步研究高寒冻土区路基变形破坏演化过程,以漠北公路K6＋200断面处的高温高含冰量冻土区路基和K8＋200断面处的低温高含冰量冻土区路基为研究对象,在路基不同部位和路基下不同深度处土体埋设温度传感器和变形传感器,研究了高纬度、高寒冻土区不同冻土条件下路基实测温度和变形演化过程及其特征。研究结果表明：在高温高含冰量冻土区,在公路建成2年后,路基下出现了明显的融化盘偏移现象,新建宽幅路基呈现出明显的横向不均匀变形特性,路基下形成了2个融化盘,其中一个明显向路基坡脚处偏移,左坡脚和路中冻土上限明显下降了3~4m,路基下原天然地表处沉降达4~9cm,而路肩处冻土上限基本保持稳定;在低温高含冰量冻土区,在保证一定路基高度的条件下,除了建成初期路基土体存在一定的变形（工后沉陷）外,由路基下多年冻土不均匀融化导致的变形很小,因此,在低温冻土区公路路基稳定性相对较好。可见,研究结论进一步阐释了高温冻土区路基、路面变形严重的成因,为高纬度、高寒冻土区路面结构抗融沉破坏设计和病害防治提供了参考,揭示了高温多年冻土区路基纵裂、沉陷等不均匀变形破坏的特征和成因,相比高温多年冻土区,在保证一定路基高度下低温多年冻土区路基具有相对良好的稳定性,这一结论对于高纬度、高寒冻土区不同冻土条件下冻土路基的设计及病害防治具有重要意义。

关键词：路基工程高寒冻土区路基变形演化规律不均匀沉降

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超高海拔区域驾驶人超车注视特性

中国公路学报 2018年第4期31卷 10-17页

作者：汪帆程慧婷刘建蓓李岩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710075

为获取驾驶人在海拔超过3 500m的超高海拔区域超车过程中的注视特性,应用头戴式眼动仪在青藏公路展开了实车测试,监控并记录了驾驶人眼动行为数据。通过统计驾驶人在超车各阶段对各注视区域注视及视线转移时长,应用马尔可夫理论计算4个... 详细信息

为获取驾驶人在海拔超过3 500m的超高海拔区域超车过程中的注视特性,应用头戴式眼动仪在青藏公路展开了实车测试,监控并记录了驾驶人眼动行为数据。通过统计驾驶人在超车各阶段对各注视区域注视及视线转移时长,应用马尔可夫理论计算4个海拔范围内超车4个阶段在7个区域上的注视平稳分布向量,应用超车各阶段注视平稳分布向量间的相关系数评价超车模式的相似性,基于相关系数矩阵的最大特征值建立注视特性的关联指数,并用其分析超车各阶段及不同海拔下驾驶人注视特性的差异。研究结果表明:驾驶人在超高海拔区域超车时,主要关注当前车道和目标车道,关注比例分别为61.8%和26.4%;超车4个阶段的关联指数分别为3.315,2.934,3.102和3.794,表明意图阶段的注视分布差异性最大,跟驰和返回阶段的差异性较小;初上高原驾驶人的平均关联指数是本地驾驶人的1.89倍,显示其更为谨慎,注视离散性更强;海拔超过4 400m后,驾驶人注视特性的相关系数要比其他海拔段低39%,呈现出不同的特性;超高海拔区域驾驶人主要注视当前车道,注视目标车道的比例小于平原微丘区驾驶人,体现出驾驶人未能全面关注驾驶环境信息。研究结果可作为交通设施设计优化、道路主动安全预防等研究的基础。

关键词：交通工程注视特性马尔可夫过程注视分布模式超车过程超高海拔区域关联指数

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高寒冻融环境下隧道结构服役性能预测模型

交通运输工程学报 2016年第4期16卷 133-140页

作者：王柱董长松韩常领黎岩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710075 同济大学土木工程学院上海200092

为分析高寒大温差冻融环境对公路隧道衬砌结构长期服役性能的影响,采用现场测试方法得到了姜路岭隧道洞口温度变化规律,基于室内冻融循环试验拟合了冻融环境下衬砌混凝土力学性能劣化计算公式,应用荷载结构法建立了高寒冻融环境下衬砌... 详细信息

为分析高寒大温差冻融环境对公路隧道衬砌结构长期服役性能的影响,采用现场测试方法得到了姜路岭隧道洞口温度变化规律,基于室内冻融循环试验拟合了冻融环境下衬砌混凝土力学性能劣化计算公式,应用荷载结构法建立了高寒冻融环境下衬砌结构服役性能的时空预测模型。研究结果表明:铺设厚度为5cm、导热系数为0.03 W·(m·℃)^(-1)的保温层后,姜路岭隧道1年内经历的等效室内冻融循环次数从8下降为0.32;无保温层且混凝土饱水条件下,5、10、15、20年后拱脚处截面安全系数相对于刚服役时分别降低了0.6%、23.7%、41.1%、69.8%,二次衬砌服役20年后安全系数已不能满足结构承载的要求;铺设厚度为5cm、导热系数为0.03 W·(m·℃)^(-1)的保温层后,二次衬砌服役100年后安全系数仍能够满足承载要求。可见冻融循环的剧烈程度对衬砌结构长期服役性能影响显著,保温层能有效改善混凝土的冻融环境。

关键词：隧道工程服役性能混凝土冻融劣化有限元法荷载结构法

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多年冻土区公路路线选择分层目标法

交通运输工程学报 2016年第4期16卷 1-13页

作者：汪双杰闫晓敏张驰孟良杨坤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710075 长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室陕西西安710064

为了进行多年冻土区公路路线设计,以多尺度效应理论为基础,提出了基于保护冻土由粗到细、由面到带、由带到线的分层目标选线方法,构建了理论模型。结合不同地形地貌、既有工程、构造物与建筑物在不同比例尺下的表现形态,给出了分层目标... 详细信息

为了进行多年冻土区公路路线设计,以多尺度效应理论为基础,提出了基于保护冻土由粗到细、由面到带、由带到线的分层目标选线方法,构建了理论模型。结合不同地形地貌、既有工程、构造物与建筑物在不同比例尺下的表现形态,给出了分层目标法的层次划分,确定了每个层次下公路路线选择的影响因素。考虑路线节点重要度和地形地貌的影响,给出了第1层次下多年冻土区选线模型。利用公度原理给出了第2层次下平均海拔、平均坡度、年平均地温、冻土分布、融区构造和既有工程等影响因素的标度分级,并构造了第2层次下多年冻土区公路选线困难度模型。综合考虑冻土地温、冻土含冰量、冻土病害和植被覆盖带来的冻土危害,同时兼顾多年冻土区既有工程的热干扰,构建了第3层次多年冻土区公路选线可靠度模型。以青藏高原多年冻土区秀水河至雅玛尔河段为例,运用分层目标法进行了公路选线。研究结果表明:运用分层目标法确定的路线方案可以准确避绕高病害率的冻土区域,避开既有工程的相互干扰,从而获得工程困难度低、可靠度高的路线方案。

关键词：道路工程多年冻土区公路选线分层目标法工程困难度路线可靠度