凍結(jié)深度

，其最大季節(jié)凍結(jié)深度均可達(dá)1 m以上[1]。季節(jié)更替導(dǎo)致土體溫度變化，進(jìn)而引起寒區(qū)凍土凍結(jié)深度的季節(jié)性改變，土層產(chǎn)生沉降，致使堤岸崩塌破環(huán)[2]。在凍土區(qū)修建建筑物，須保證其能夠承受由于融沉作用產(chǎn)生的一定程度上的變形。在堤防工程設(shè)計(jì)中，凍土凍結(jié)深度是設(shè)計(jì)階段必須要考慮的基礎(chǔ)性重要指標(biāo)[3]。因此，根據(jù)當(dāng)?shù)孬@得的氣象條件，預(yù)測(cè)凍土活動(dòng)層厚度或者凍結(jié)深度變化情況，為當(dāng)?shù)厮そㄖ锏脑O(shè)計(jì)提供理論依據(jù)是確有必要的。季節(jié)性凍土的凍結(jié)深度受溫度、土體含水量、土質(zhì)等多種

凍土最大季節(jié)凍結(jié)深度變化的成因十分復(fù)雜，氣候因素、地形因素和人為活動(dòng)等均可對(duì)季節(jié)凍結(jié)深度產(chǎn)生影響，其中氣候因素影響較大。受氣候變暖影響，季節(jié)凍土厚度不斷變淺，多年凍土層變薄甚至消失［6-7］。近50 年來(lái)，中國(guó)地表氣溫升高了1.1 ℃，增溫速率明顯高于全球或北半球同期的增溫速率［8］。IPCC 第六次報(bào)告（AR6）指出，氣候變暖的速度正在加快，尤其是全球地表平均溫度的上升速率十分明顯［9］。在受氣候變化影響的各圈層中，冰凍圈首當(dāng)其沖，是對(duì)氣候系統(tǒng)的反饋?zhàn)饔?/div>

冰川凍土 2023年4期2023-10-05

度場(chǎng)和圍巖的凍結(jié)深度有關(guān)。圍巖的最大凍結(jié)深度是影響凍脹力的重要因素,同時(shí)也是防排水設(shè)施埋設(shè)深度的重要依據(jù)[1]。夏才初等[1]以準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)假設(shè)為基礎(chǔ),利用積分方法推導(dǎo)了在考慮襯砌、保溫層和凍結(jié)圍巖中未凍水含量情況下的最大凍結(jié)深度解析表達(dá)式。張晨曦等[2]對(duì)20座隧道的溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,結(jié)果表明,隨著地表溫度和洞外氣溫的上升,隧道的徑向凍結(jié)深度逐漸減小。丁云飛等[3]通過(guò)數(shù)值仿真得出隧道入口段凍結(jié)深度與凍結(jié)時(shí)間和外界溫度密切相關(guān)的結(jié)論,凍結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)凍結(jié)深度越

夠減小圍巖的凍結(jié)深度，但在一定年限后其效果有限。高焱等[2]通過(guò)控制變量的分析方法研究了自然風(fēng)速和巖溫等因素對(duì)圍巖溫度的影響規(guī)律。王仁遠(yuǎn),王開運(yùn)等[3-4]通過(guò)正交試驗(yàn)對(duì)寒區(qū)隧道溫度場(chǎng)的影響因素進(jìn)行分析，并將其劃分為主要和次要的影響因素。王群等[5]對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行反演計(jì)算分析，并將計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)二者吻合度較高。張玉偉[6]等通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和推導(dǎo)得到了圍巖溫度場(chǎng)時(shí)空分布規(guī)律。王仁遠(yuǎn)等[7]基于數(shù)值計(jì)算對(duì)溫度場(chǎng)的分布特征和變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，研

副井及風(fēng)井，凍結(jié)深度最深為802 m，立井凍結(jié)工程詳見(jiàn)表1。表1 西部白堊系地層立井凍結(jié)工程統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of shaft freezing engineering of the Cretaceous strata of Western China3 凍結(jié)設(shè)計(jì)基本參數(shù)的選取3.1 凍結(jié)壁厚度的選取凍結(jié)壁是凍結(jié)法鑿井的中心環(huán)節(jié)，是巖層冷凍效果的集中體現(xiàn)。針對(duì)以上凍結(jié)工程，凍結(jié)壁厚度與凍結(jié)深度的關(guān)系如圖1所示。圖1 凍結(jié)壁厚度與凍結(jié)

力、未貫通段凍結(jié)深度和未凍深度，后者包括巖石內(nèi)摩擦角、黏聚力和抗拉強(qiáng)度。2.1 貫通段結(jié)構(gòu)面凍脹力研究HUANG 等認(rèn)為孔隙水凍結(jié)引起的凍脹壓力是導(dǎo)致巖石破壞的主要原因，為了研究?jī)鋈谘h(huán)作用下巖石凍脹力的長(zhǎng)期特性，提出了一種新的彈塑性模型用于估算凍結(jié)過(guò)程和解凍過(guò)程中凍脹壓力的發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)而得出凍脹壓力隨凍融作用的變化關(guān)系[19]。喬趁等對(duì)高寒地區(qū)鎖固段邊坡的3 種不同巖橋角度的巖石開展凍脹力分析，發(fā)現(xiàn)凍脹力的變化過(guò)程包括衍生階段、陡升階段、跌落階段、平穩(wěn)階

卻溫度下粉土凍結(jié)深度曲線和凍脹變形曲線。從圖2（a）可以看出，當(dāng)頂端冷卻溫度一定時(shí)，土樣的凍結(jié)深度隨凍結(jié)時(shí)間先增加，至某一深度后逐漸穩(wěn)定；隨頂端冷卻溫度的降低，土樣凍結(jié)速率逐漸增大，最大凍結(jié)深度也增加，但凍結(jié)穩(wěn)定時(shí)間減小。從圖2（b）可以看出，土樣的凍脹量隨凍結(jié)時(shí)間的增長(zhǎng)而不斷增大，最終趨于穩(wěn)定；不同頂端冷卻溫度下，總凍脹量隨溫度的升高而增大，即-3 ℃、-5 ℃和-10 ℃土樣的總凍脹量分別為5.99 mm、3.46 mm 和2.23 mm，計(jì)算得到的凍

層凍脹變形與凍結(jié)深度的關(guān)系，分析了凍脹率隨凍結(jié)深度的變化規(guī)律，提出了抑制凍脹發(fā)展的措施。張正義［8］以沈丹客專為背景，系統(tǒng)研究了嚴(yán)寒地區(qū)山區(qū)高速鐵路路基防凍脹技術(shù)措施，得出合理的防凍脹措施可以有效控制凍脹變形發(fā)展。綜上所述，季節(jié)性凍土區(qū)高速鐵路路基凍脹是存在的，但采取適當(dāng)?shù)拇胧┛梢杂行б种苾雒涀冃蔚陌l(fā)展。牡佳高速鐵路位于黑龍江省東部，全線處于嚴(yán)寒地區(qū)，線路長(zhǎng)度374.744 km，路基176.079 km，占線路全長(zhǎng)的47.5%。路基處于季節(jié)性凍土區(qū)，易發(fā)

?；诖耍?span id="j5i0abt0b" class="hl">凍結(jié)深度內(nèi)將巖石作為填料能起到減小或徹底消除凍脹性的作用。如果填料中細(xì)粒土的實(shí)際含量超過(guò)15%，則必定發(fā)生凍脹。因此在凍結(jié)區(qū)內(nèi)必須對(duì)填料中細(xì)粒土實(shí)際含量予以嚴(yán)格控制；若路塹段內(nèi)的凍結(jié)區(qū)含有凍脹土，則需將其挖除，并采用非凍脹土進(jìn)行換填[1]。1.2 水的影響這方面主要體現(xiàn)在發(fā)生凍結(jié)前土體實(shí)際含水量和凍結(jié)過(guò)程中水分補(bǔ)給。當(dāng)土體實(shí)際含水量達(dá)到界限值時(shí)，土體開始凍脹，并伴隨含水量不斷增加，凍脹率變大。土體凍脹性和地下水之間的關(guān)系取決于毛細(xì)水高度，如果地

洞周邊土體的凍結(jié)深度進(jìn)行模擬計(jì)算。從計(jì)算結(jié)果中提取拱腰部位的凍結(jié)深度，結(jié)果見(jiàn)表2。表2 不同保溫層材料凍結(jié)深度和材料成本 單位：m由表2中的計(jì)算結(jié)果可以看出，不同材料的保溫效果存在明顯的差異。其中，影響最小的拱腳部位，各種保溫材料的凍結(jié)深度相差不大，基本都在0.6m左右。究其原因，由于除險(xiǎn)加固的襯砌結(jié)構(gòu)施工主要在拱腰和拱頂部位，拱腳和底板部位沒(méi)有鋪設(shè)保溫層，因此保溫層對(duì)拱腳部位凍結(jié)深度的影響較小。從拱腰和拱頂?shù)膬錾钣?jì)算結(jié)果來(lái)看，保溫材料對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響較為

℃，最大季節(jié)凍結(jié)深度80～143 cm。沿線主要隧道所在位置風(fēng)速風(fēng)向統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示。表1 沿線主要城市風(fēng)速風(fēng)向總計(jì)表2 寒區(qū)隧道溫度場(chǎng)計(jì)算模型及驗(yàn)證2.1 計(jì)算模型的建立及參數(shù)設(shè)置(1)選取紅房子隧道[1]作為計(jì)算驗(yàn)證原型，采用Ansys Fluent軟件建立三維隧道溫度場(chǎng)模型。通過(guò)ICEM CFD對(duì)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分，在x、y方向取20 m，z方向取紅房子隧道實(shí)際長(zhǎng)度6 473 m。模型共劃分768 000個(gè)單元。隧道網(wǎng)格模型如圖1所示。圖1 隧道

斷面處的圍巖凍結(jié)深度無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí)可按下式計(jì)算:式中，Zs(x)為隧道設(shè)計(jì)斷面x處的圍巖凍結(jié)深度；x為隧道設(shè)計(jì)斷面距洞口的距離；Kλ為圍巖類別對(duì)凍結(jié)深度的影響系數(shù)，一般粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)土取1.0，砂類土、碎石土取1.1～1.3，巖石取1.3～2.0；Z0為隧道所在地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度(m)；t(x)為隧道設(shè)計(jì)斷面處的最冷月平均氣溫(℃)，根據(jù)隧道沿進(jìn)深溫度梯度推算，無(wú)資料時(shí)隧道中點(diǎn)至洞口段溫度梯度可按0.1℃/10 m考慮。根據(jù)式(1)，選取西寧成都線典型氣象特

度變薄，最大凍結(jié)深度減小[7]。凍土深度變化與氣象各要素有著緊密聯(lián)系，土壤的凍結(jié)與封凍過(guò)程與氣溫、地溫等要素的高低變化有著密切的關(guān)系。因此，研究本地氣候變化特征及對(duì)深層地溫和凍土深度的影響，在明確季節(jié)凍土凍結(jié)深度變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，進(jìn)行影響因子分析也尤為重要，冬季溫度變化直接影響凍土深度變化，而土壤凍結(jié)和解凍的早晚影響作物播種和牧草返青的推遲或提前，進(jìn)而影響當(dāng)年農(nóng)作物發(fā)育期和產(chǎn)量，對(duì)合理利用氣候資源，針對(duì)性的指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)有一定的幫助。1 資料與

節(jié)性凍土標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度的確定方法［1］，提出了季節(jié)性凍土的工程分類方法［2-5］，探索了凍脹量沿凍結(jié)深度的分布。葉陽(yáng)升等［6］對(duì)鐵路路基填料防凍脹特性進(jìn)行了全面的研究，建議在凍土區(qū)設(shè)置路基防凍層，并提出了防凍層填料細(xì)粒土含量的限值。上述研究大多是針對(duì)季節(jié)性凍土區(qū)普通鐵路的。普通鐵路行車速度慢，對(duì)變形限值較寬松，發(fā)生凍害時(shí)可以利用行車間隔進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)。但是，目前我國(guó)高速鐵路進(jìn)入跨越式發(fā)展階段，對(duì)路基的沉降變形限制非常嚴(yán)格，要求路基工后沉降不超過(guò)15 mm，過(guò)渡

4]都涉及了凍結(jié)深度，由此可見(jiàn)凍結(jié)深度在季節(jié)性凍土區(qū)工程建設(shè)的重要性。影響季節(jié)性凍土凍結(jié)深度的因素很多，從空間來(lái)看，季節(jié)性凍土的凍結(jié)深度與海拔、緯度密切相關(guān)[5-6]，這是因?yàn)椴煌０魏途暥鹊貐^(qū)的氣溫和地溫不同[5，7]。在凍結(jié)深度預(yù)測(cè)計(jì)算中，凍結(jié)深度與凍結(jié)負(fù)溫、凍結(jié)時(shí)間、積溫等氣溫參數(shù)[8-10]直接相關(guān)。土的性質(zhì)、含水量、輻射、植被、積雪等是影響凍結(jié)深度的關(guān)鍵因素[8，11-14]。凍結(jié)深度是季節(jié)性凍土區(qū)工程建設(shè)中防凍脹設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)之一，大量學(xué)者開展

物巖段較淺，凍結(jié)深度不大。(2) 第四系上部以砂土為主，滲透性強(qiáng)，孔隙水與海水具有水力聯(lián)系，受潮汐、海浪和海流的影響較大；豎井200 m范圍內(nèi)有多家水產(chǎn)養(yǎng)殖戶，生產(chǎn)抽吸用水量大。受這些因素的影響，井筒周圍的水位及水量波動(dòng)巨大。(3) 凍結(jié)層結(jié)冰溫度-5 ℃左右，較常規(guī)地層低，凍結(jié)布孔時(shí)需給予足夠重視。3 凍結(jié)方案3.1 凍結(jié)方案確定原則為了實(shí)現(xiàn)凍結(jié)壁快速交圈，保證井筒的安全掘砌，凍結(jié)方案應(yīng)遵循下述原則：(1) 將凍結(jié)方案設(shè)計(jì)視為井筒凍結(jié)與掘砌工程的重要組成

達(dá)到季節(jié)最大凍結(jié)深度，此時(shí)凍深為1.80m?？梢园l(fā)現(xiàn)凍結(jié)深度的發(fā)展與氣溫變化并不一致。這是因?yàn)闇囟鹊膫鬟f存在滯后性，表面溫度傳遞到路基下部需要一個(gè)時(shí)間，因此當(dāng)路基表面溫度達(dá)到最低值時(shí)，凍結(jié)深度還未達(dá)到最大。3.3.2 路基水分場(chǎng)分析水分場(chǎng)的模擬主要目的是分析固態(tài)冰的分布規(guī)律和路基的凍脹變形。不同月份路肩處水分場(chǎng)隨深度變化規(guī)律參見(jiàn)圖5。根據(jù)模擬結(jié)果可知，凍結(jié)深度范圍內(nèi)有固態(tài)冰分布，凍結(jié)深度以下沒(méi)有固態(tài)冰。隨著氣溫的不斷下降，凍結(jié)鋒線也在不斷下移，但到了4 月

組成，當(dāng)隧道凍結(jié)深度小于風(fēng)化層厚度時(shí)，只考慮風(fēng)化層凍脹；當(dāng)隧道凍結(jié)深度大于風(fēng)化層厚度時(shí)，則考慮風(fēng)化層與擾動(dòng)層共同凍脹.設(shè)風(fēng)化層凍結(jié)后產(chǎn)生的凍脹力為P1，擾動(dòng)層凍結(jié)后產(chǎn)生的凍脹力為P2，且假設(shè)同一層的凍脹力在空間中各向作用相等，最終作用于襯砌的凍脹力為P.當(dāng)風(fēng)化層發(fā)生凍脹時(shí)，風(fēng)化層與襯砌接觸面產(chǎn)生的位移Δ1為(1)式中，K1為襯砌當(dāng)量彈性抗力系數(shù).風(fēng)化層與擾動(dòng)層接觸面產(chǎn)生的位移Δ2為(2)式中，K3為擾動(dòng)層圍巖彈性抗力系數(shù).設(shè)隧道縱向長(zhǎng)度取單位長(zhǎng)度，則風(fēng)化層

影響著凍土的凍結(jié)深度和分布范圍［2］，同時(shí)凍土變化又反作用于生態(tài)與氣候系統(tǒng)［3］。東北地區(qū)全境為凍土區(qū)，除大小興安嶺北部區(qū)域?yàn)槎嗄陜鐾羺^(qū)外，其余絕大部分為季節(jié)凍土區(qū)［4］。東北地區(qū)不僅是中國(guó)重要的商品糧生產(chǎn)基地，也有著多樣的生態(tài)系統(tǒng)和重要的涉及凍土的工程，比如中俄輸油管道［5］、高緯高速鐵路［6］工程等，使得東北地區(qū)地溫、凍土的研究受到了大量關(guān)注。IPCC第五次評(píng)估報(bào)告指出，1980—2012 年全球地表平均溫度上升了0.85 ℃［7］，東北的多年凍土區(qū)增

0 d，平均凍結(jié)深度約為44.91 cm；隨時(shí)間變化，渠道平均最大凍結(jié)深度大約為64.15 cm?？梢?jiàn)對(duì)于環(huán)境溫度而言，凍結(jié)深度的發(fā)展存在滯后效應(yīng)，隨氣溫變化渠基土表現(xiàn)為中間溫度低于0 ℃，上部和下部溫度大于0 ℃。渠基土上邊界溫度變化與環(huán)境溫度變化的曲線大致吻合，外部環(huán)境溫度變化使得空白組渠基土發(fā)生凍融循環(huán)，在凍融和滲漏的交替作用下，產(chǎn)生裂縫的襯砌板極易加劇凍脹損害。圖2 空白組凍深隨時(shí)間的變化曲線試驗(yàn)組組渠道模型瞬態(tài)溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果，如圖 3 所示，環(huán)境

了凍脹變形與凍結(jié)深度的關(guān)系。趙富軍［5］系統(tǒng)總結(jié)了哈大高速鐵路的凍脹特征及防治措施。趙國(guó)堂等［6］分析了哈大高速鐵路路基凍脹及凍融前后軌道不平順變化規(guī)律。杜曉燕等［7］分析了大西高速鐵路的凍脹成因及特征并提出了綜合整治方案。苗祺等［8］總結(jié)了我國(guó)季節(jié)性凍土區(qū)高速鐵路路基凍脹特點(diǎn)、影響因素、防凍害措施以及其適用性。趙世運(yùn)等［9］基于相似理論開展了不同細(xì)粉含量、含水量及水泥摻量的級(jí)配碎石的凍脹特性研究。高速鐵路路基的穩(wěn)定性和服役性能是隨著時(shí)間變化而動(dòng)態(tài)變化的。

節(jié)性凍土最大凍結(jié)深度對(duì)年均氣溫的響應(yīng)比年降水量更顯著[9]。河北省地貌復(fù)雜多樣，高原、山地、丘陵、盆地、平原類型齊全，以往有研究對(duì)河北省凍土分布特點(diǎn)或部分地區(qū)的地溫、氣溫進(jìn)行過(guò)分析[14,19-21]，本文針對(duì)1974—2016年河北省季節(jié)性凍土最大凍結(jié)深度的時(shí)空分布特征及其對(duì)氣溫和地表溫度的響應(yīng)進(jìn)行研究，以期為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供科學(xué)的參考依據(jù)。1 資料與方法1.1 研究區(qū)概況河北省位于華北地區(qū)，界于36°05′N—42°40′N，113°27′E—1

并推導(dǎo)了圍巖凍結(jié)深度隨隧道進(jìn)深和時(shí)間的變化規(guī)律。通過(guò)測(cè)試結(jié)果分析，建立了三維溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，模型可以預(yù)測(cè)溫度場(chǎng)的時(shí)空變化特征，研究結(jié)果可為寒區(qū)隧道保溫設(shè)計(jì)提供依據(jù)，也為進(jìn)一步研究?jī)雒浟μ峁┝嘶A(chǔ)。1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析1.1 工程概況某寒區(qū)公路隧道位于川西高原，海拔高程4 200 m 左右，隧道長(zhǎng)度2 745 m，為單洞雙車道的二級(jí)公路隧道，隧道斷面凈空尺寸(寬×高)為 9 m×5 m。隧址區(qū)屬于青藏高原氣候，夏季溫和，冬季寒冷，極端高溫超過(guò)30 ℃，極端低溫低

沿線土壤最大凍結(jié)深度0.8 m，設(shè)計(jì)主要對(duì)路基基床表層級(jí)配碎石的細(xì)顆粒含量提出了要求：顆粒粒徑d≤0.075 mm含量不大于5.0%(重量比)；壓實(shí)后顆粒粒徑d≤0.075 mm含量不大于7.0%[1]。開通運(yùn)營(yíng)后未發(fā)生影響軌道平順性的凍脹變形。2012年2月，哈大高速鐵路建設(shè)過(guò)程中，軌檢發(fā)現(xiàn)有4處平順性超標(biāo)較為嚴(yán)重，路基凍脹問(wèn)題隨之獲得廣泛關(guān)注，氣象資料表明，超標(biāo)嚴(yán)重的4處路基地段，土壤最大凍結(jié)深度為0.93～1.06 m。當(dāng)時(shí)在建的盤營(yíng)、沈丹、哈齊等高

大。2.3 凍結(jié)深度分析對(duì)不同保溫層厚度情況下，土體內(nèi)的最大凍結(jié)深度進(jìn)行分析(見(jiàn)圖5)。圖5 不同保溫層厚度最大凍結(jié)深度變化曲線根據(jù)圖5可知，隨著保溫層厚度的增加，土體的最大凍結(jié)深度先逐漸減小然后趨于穩(wěn)定。保溫層厚度為0、2 cm、4 cm、6 cm、8 cm、10 cm時(shí)對(duì)應(yīng)的凍結(jié)深度分別為：125 cm、60 cm、8 cm、0、0、0；凍結(jié)深度的消減率分別為：0、52%、93.6%、100%、100%、100%。2.4 凍脹量分析對(duì)保溫層厚度是0、2

防凍脹設(shè)計(jì)中凍結(jié)深度是主要指標(biāo)之一。因此對(duì)凍結(jié)深度的預(yù)測(cè)十分重要。目前日本、德國(guó)、法國(guó)主要采用凍結(jié)指數(shù)來(lái)確定土體凍結(jié)深度，中國(guó)公路也采用這一方法，而在高速鐵路路基設(shè)計(jì)方面并未有明確規(guī)定。許多學(xué)者對(duì)于凍結(jié)深度的預(yù)測(cè)進(jìn)行了大量的研究。閆宏業(yè)等［2］通過(guò)分析哈大鐵路的監(jiān)測(cè)結(jié)果研究了其凍結(jié)深度發(fā)展規(guī)律，提出了用指數(shù)函數(shù)擬合凍結(jié)深度與凍結(jié)指數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。王仲錦等［3］針對(duì)寒區(qū)路基工程分析了國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的凍結(jié)深度計(jì)算公式，對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值和有限元計(jì)算值提出了改進(jìn)Ber

季節(jié)凍土最大凍結(jié)深度是大氣和土體綜合作用的結(jié)果，主要受氣溫、地形、巖性、含水量、雪蓋、植被、水體等因素的影響。不僅直接影響遷移水量、凍脹量和凍脹率等凍土重要參數(shù)變化，也是建筑工程設(shè)計(jì)、施工必不可缺的數(shù)據(jù)。前人針對(duì)西藏季節(jié)凍土最大凍結(jié)深度研究，集中分析西藏年、季平均地溫變化趨勢(shì)和異常年份，地溫與氣溫的突變關(guān)系;利用最大凍土深度和土壤解凍日期研究西藏季節(jié)性凍土的年際和年代際變化特征;預(yù)估未來(lái)50 a和100 a 最大凍土深度變化。針對(duì)西藏地區(qū)季節(jié)凍土最大凍結(jié)深

孔。圍巖徑向凍結(jié)深度與孔口溫度的關(guān)系見(jiàn)圖5?？梢钥闯觯寒?dāng)孔口溫度T≥-5.0 ℃時(shí)，圍巖凍結(jié)深度在0.1～1.5 m；當(dāng)-12.5 ℃＜T＜ -5.0 ℃時(shí)圍巖凍結(jié)深度在0.3～2.8 m；當(dāng)T≤ -12.5 ℃時(shí)圍巖凍結(jié)深度在0.8～2.8 m。圖5 圍巖徑向凍結(jié)深度與孔口溫度的關(guān)系圍巖徑向凍結(jié)深度與距洞口距離的關(guān)系見(jiàn)圖6?？梢钥闯觯孩倬嗨淼蓝纯谠浇?span id="j5i0abt0b" class="hl">凍結(jié)深度越大，對(duì)凍結(jié)深度上限值進(jìn)行擬合，得到圍巖徑向凍結(jié)深度h與距洞口距離D的關(guān)系式為h= 12.45D-

上升，其最大凍結(jié)深度明顯減小，凍脹臨界溫度即0℃溫度線明顯上升，說(shuō)明EPS材料能顯著起到保溫作用，減小U型槽底部土體的凍結(jié)深度，且隨著EPS含量的增加，渠底溫度明顯升高。未添加EPS顆粒時(shí)，渠道兩側(cè)存在最低溫度集中分布區(qū)域，區(qū)域面積較大，土地的凍脹變形將對(duì)渠道兩側(cè)產(chǎn)生嚴(yán)重危害，當(dāng)渠底增加EPS墊層后，其最大凍結(jié)深度對(duì)應(yīng)的溫度場(chǎng)存在分層增加的變化變化趨勢(shì)，最低溫度分布的趨勢(shì)明顯減小，說(shuō)明EPS不僅能減小渠底土體凍結(jié)深度，同時(shí)可減小渠道兩側(cè)最低溫度的分布面積，

層底面以下至凍結(jié)深度范圍內(nèi)填筑非凍脹性A、B組填料（細(xì)顆粒含量小于15%）。沿線季節(jié)性凍土層厚0.88～1.20 m。丹大鐵路歷年凍害情況見(jiàn)表1?？芍?015—2016年凍害59 處（涵頂53 處，占比90%），最大凍脹量15 mm。因丹大鐵路開通時(shí)已入冬，加之初期部分地段路基不穩(wěn)定，故未統(tǒng)計(jì)完全，凍害數(shù)量偏少。2016—2017年凍害203 處（涵頂146 處，占比72%），最大凍脹量25 mm；2017—2018年凍害134 處（涵頂87 處，占比6

襯砌下土體的凍結(jié)深度發(fā)展過(guò)程進(jìn)行分析如圖8所示。圖8 不同襯砌下土體凍結(jié)深度發(fā)展過(guò)程線根據(jù)圖8可知，三種防護(hù)裝置下土體的凍結(jié)深度曲線變化趨勢(shì)基本一致。雷諾護(hù)墊襯砌下土體凍結(jié)深度最大，為33.74cm，最大凍結(jié)深度出現(xiàn)的時(shí)間最晚，為205h?；炷零q接塊的凍結(jié)深度深度和時(shí)間均處于兩者之間，最大凍結(jié)深度和經(jīng)歷時(shí)間分別為27.5cm、198h。復(fù)合型防護(hù)板的最大凍結(jié)深度最小，數(shù)值為24.1cm，歷時(shí)最短，出現(xiàn)在168h時(shí)。雖然復(fù)合型防護(hù)板襯砌下土體的最大凍結(jié)深度

的分布特征、凍結(jié)深度及其影響因素。研究結(jié)果表明：積雪消融入滲改變季節(jié)性粗顆粒凍土的水分場(chǎng)，地表可形成最大0.8 m的暫態(tài)飽和區(qū)。水分場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化提高了熱傳遞速度，增強(qiáng)了凍結(jié)能力，邊坡凍結(jié)深度增大60%，凍結(jié)速率增大30%，融化速率增大200%。地下水熱對(duì)流作用抑制土體凍結(jié)，加速土體融化，其中坡腳地下水出露邊坡的凍融深度為地下水深埋邊坡的63%，凍結(jié)速率為79%，融化速率增大1倍。川藏鐵路新都橋地區(qū)季節(jié)性粗顆粒凍土邊坡的凍結(jié)深度為1.0 m，最大可達(dá)到1.9

，而隧道底面凍結(jié)深度是防排水結(jié)構(gòu)設(shè)置的關(guān)鍵，本文基于“一維熱傳導(dǎo)”理論建立了隧道底層溫度的求解公式，并對(duì)寒區(qū)隧道防排水結(jié)構(gòu)進(jìn)行了探討，研究結(jié)果有利于控制和防止隧道凍害問(wèn)題的發(fā)生。一、地面凍結(jié)深度微分方程求解本文基于“一維熱傳導(dǎo)”理論對(duì)隧址區(qū)地溫分布進(jìn)行求解，地溫u=u(h,t)為深度h和時(shí)間t的函數(shù)，其中，h向下為正，并忽略地層中水等因素的影響，假定地溫符合導(dǎo)溫系數(shù)α的熱傳導(dǎo)微分控制方程，其邊界條件和初始條件分別為：地表溫度為隧址區(qū)大氣溫度Tm(x)；地層

%，土壤最大凍結(jié)深度為191 cm。每年從10月底開始凍結(jié)，次年4～5月全部融化，歷時(shí)長(zhǎng)達(dá)5～6個(gè)月。1.4 試驗(yàn)段設(shè)計(jì)情況選擇DK115+373～DK115+603作為試驗(yàn)段，分別換填厚1.0 m、1.8 m、2.3 m的非凍脹性A，B組填料(見(jiàn)圖2)，然后按設(shè)計(jì)要求填筑壓實(shí)，分別布設(shè)地溫計(jì)及含水量計(jì)，測(cè)試路基斷面溫度場(chǎng)、含水量及水分遷移規(guī)律。在路肩兩側(cè)分別布置凍脹計(jì)，用來(lái)對(duì)比研究各防凍脹措施的效果。圖2 試驗(yàn)段落防凍脹措施設(shè)計(jì)2 試驗(yàn)結(jié)果分析2.1 1

分析4.1 凍結(jié)深度發(fā)展過(guò)程K2005+948和K2007+908兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面相距不足2 km，具有接近相同的微氣象條件，該兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面2015年～2016年和2016年～2017年兩個(gè)凍結(jié)期凍結(jié)深度發(fā)展情況分別詳述如下。(1)K2005+948斷面2015年10月26日，地表開始出現(xiàn)負(fù)溫，直到2015年11月4日，地表基本是“夜凍晝消”，持續(xù)時(shí)間10d左右；從2015年11月5日開始，凍結(jié)深度快速增加，直至2016年3月28日，凍結(jié)深度達(dá)到最大值377

脹填料，但在凍結(jié)深度較大的條件下路基仍會(huì)產(chǎn)生較大的凍脹量，造成軌面不平順，將影響線路安全、列車正常運(yùn)營(yíng)。因此掌握季節(jié)性凍土區(qū)路基凍結(jié)深度，對(duì)路基凍害的防治尤為重要。目前，通過(guò)實(shí)測(cè)和數(shù)值模擬的方法對(duì)凍土區(qū)的路基溫度場(chǎng)已經(jīng)有了一定的研究。牛富俊等[2]對(duì)蘭新高速鐵路浩門至大梁區(qū)間運(yùn)營(yíng)期間路基斷面不同深度的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析在凍結(jié)期路基不同深度下的溫度場(chǎng)季節(jié)變化規(guī)律。張玉芝等[3]、韓春鵬等[4]、司劍鋒[5]等通過(guò)實(shí)測(cè)的方法對(duì)不同地區(qū)位于季節(jié)性凍土區(qū)/多年凍土

長(zhǎng)，土壤最大凍結(jié)深度超過(guò)2.0m，受地表氣溫季節(jié)變化影響，呈周期性凍結(jié)和融化，屬于典型的季節(jié)性凍土環(huán)境。季節(jié)性凍土區(qū)高速鐵路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中面臨著抗凍防寒等問(wèn)題，合理的路基基床防凍脹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是預(yù)防路基凍脹的關(guān)鍵。文獻(xiàn)[1]分析了哈大高速鐵路混凝土基床試驗(yàn)段的凍脹及凍脹變形發(fā)展情況，文獻(xiàn)[2-5]闡述了哈大高速鐵路的凍脹情況及機(jī)理。為更好地解決寒區(qū)高速鐵路路基凍脹問(wèn)題，我國(guó)采取了一系列防凍脹措施[6-9]。京沈客運(yùn)專線采用的是混凝土基床結(jié)構(gòu)，在基床范圍內(nèi)使用混凝土

-7]，即在凍結(jié)深度內(nèi)填筑非凍脹土或混凝土，路基表面采用封閉防水措施，基本解決了大部分季節(jié)性凍土地區(qū)的高速鐵路凍脹問(wèn)題。但凍結(jié)深度內(nèi)全部采用優(yōu)良的抗凍脹填料或混凝土基床，增加了工程成本。目前，有砟軌道鋪設(shè)保溫層被認(rèn)為是一種有效的防凍脹措施，可有效降低或消除路基凍脹，已在有砟軌道中得以成功應(yīng)用[8-15]。在季節(jié)性凍土地區(qū)高速鐵路無(wú)砟軌道路基采用保溫基床結(jié)構(gòu)，可在減小凍結(jié)深度的同時(shí)，降低凍結(jié)深度以下填料的標(biāo)準(zhǔn)，有效提高路基工程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于地下水位較高的

發(fā)展速度快，凍結(jié)深度深。未在混凝土板表面布置測(cè)點(diǎn)，故界面溫度曲線起始點(diǎn)為混凝土板中部測(cè)點(diǎn)，即K點(diǎn)，下同。界面溫度變化曲線，形式上可看作對(duì)數(shù)曲線上的一部分線段。3.3 雙排冷板間距140 mm凍結(jié)溫度場(chǎng)分析本組試驗(yàn)(C組)冷板外壁溫度如圖11所示。2支冷板外壁溫度凍結(jié)2 h后分別降至-20.1℃和-20.8℃，凍結(jié)中后期在-22℃左右波動(dòng)。圖11 C組冷板外壁溫度變化曲線Fig.11 Change curve of the wall temperature

試驗(yàn)主要進(jìn)行凍結(jié)深度與地溫2種數(shù)據(jù)的觀測(cè)。在兩側(cè)邊坡中部和渠底各設(shè)置1處觀測(cè)點(diǎn)，每10 d觀測(cè)記錄1次。其中凍結(jié)深度采用凍土器進(jìn)行觀測(cè)；地溫采用自制式地溫觀測(cè)設(shè)備進(jìn)行觀測(cè)，且觀測(cè)記錄埋入深度為40 cm和80 cm兩處的分層地溫值。5 觀測(cè)數(shù)據(jù)分析5.1 凍結(jié)深度觀測(cè)通過(guò)3個(gè)凍融周期的觀測(cè)，取得各結(jié)構(gòu)的凍結(jié)深度最大值，見(jiàn)表2。表2 各結(jié)構(gòu)凍深最大值cm表2中反映了不同渠道走向及不同坡向最大凍結(jié)深度的差異情況。綜合3年的觀測(cè)數(shù)據(jù)分析得出：苯板可有效地削減凍結(jié)

受的凍脹力、凍結(jié)深度在涵洞洞內(nèi)的軸向分布以及涵洞基底以下土體的凍脹位移等四個(gè)方面。具體監(jiān)測(cè)方案如下：（1）涵洞整體豎向位移測(cè)量涵洞施工期間已經(jīng)預(yù)埋的沉降觀測(cè)標(biāo)見(jiàn)圖1，要求結(jié)合沉降觀測(cè)進(jìn)行人工測(cè)量。圖1 涵洞人工監(jiān)測(cè)布置圖（單位：mm）凍脹監(jiān)測(cè)期間涵洞豎向位移觀測(cè)頻次，無(wú)砟軌道鋪設(shè)前為1周1次，無(wú)砟軌道鋪設(shè)后為2周1次。（2）涵洞翼墻及基礎(chǔ)凍脹變形測(cè)量在涵洞一側(cè)出口處，端部翼墻及基礎(chǔ)內(nèi)側(cè)地面以下部分粘貼應(yīng)變計(jì)。每座涵洞共布置1處，與地溫計(jì)在同一側(cè)。應(yīng)變測(cè)量采

所減少路基的凍結(jié)深度為標(biāo)準(zhǔn)，給出保溫板厚度設(shè)計(jì)公式如下：(1)式中：d為保溫板的厚度；K為修正系數(shù)，0.3～0.5；Δh為目標(biāo)減少的凍結(jié)深度；λ0、λ1分別為路基土和保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)。根據(jù)資料[15-17]對(duì)東北地區(qū)道路凍結(jié)深度的調(diào)查，自然凍結(jié)深度約為93～309 cm，長(zhǎng)春地區(qū)約為169～250 cm?？紤]道路結(jié)構(gòu)層厚度，減少凍結(jié)深度Δh為90～170 cm。保溫材料的實(shí)際保溫效果為其導(dǎo)熱系數(shù)和修正系數(shù)的乘積，設(shè)計(jì)中根據(jù)最不利原則設(shè)計(jì)XPS的厚度，選用

土膨脹的路面凍結(jié)深度，此后結(jié)合這一凍結(jié)深度，明確不會(huì)引起路面產(chǎn)生凍脹破壞的置換深度。其中凍結(jié)深度主要是以凍前的路表面作為基礎(chǔ)。其中路面凍結(jié)深度主要是由影響凍脹的主要因素而決定的。此外，還需針對(duì)日照條件、路面結(jié)構(gòu)、路面上存在的積雪等進(jìn)行分析。對(duì)凍結(jié)深度進(jìn)行計(jì)算，可以結(jié)合當(dāng)?shù)貧鉁刭Y料，通過(guò)計(jì)算進(jìn)行確定，但是針對(duì)高速公路等方面的重要路面結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，當(dāng)凍結(jié)達(dá)到最為嚴(yán)重的時(shí)候，進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)而明確凍結(jié)深度。在一些積雪寒冷的地區(qū)，對(duì)路面置換深度進(jìn)行確定。在置換法當(dāng)中，確定

的凍脹變形與凍結(jié)深度的變化曲線。由圖3可知，各測(cè)點(diǎn)凍脹變化的趨勢(shì)相同。通過(guò)鋪設(shè)級(jí)配碎石時(shí)基床表層凍脹值與未鋪設(shè)級(jí)配碎石時(shí)基床表層凍脹值的對(duì)比可知，凍結(jié)初期，鋪設(shè)了級(jí)配碎石層的路基凍脹量較大，其原因是其級(jí)配碎石層阻止了基床表層原位水與遷移水的蒸發(fā)，水分集聚在級(jí)配碎石基床表層以下的土體中并凍結(jié)成冰，路基達(dá)到一定凍結(jié)深度(0.3～0.7 m)，淺層土含冰量較大，進(jìn)而引起基床表層凍脹增大，路基淺層發(fā)生第1次跳躍。隨后，路基凍結(jié)深度增大，基床表層的凍脹變形也緩慢增大

溫度差對(duì)試樣凍結(jié)深度的影響最為明顯,溫度差越大水分遷移量越大。但就含冰(水)量峰值而言,溫度差較小時(shí)峰值較大。干密度較小時(shí)水分遷移量較明顯,含冰(水)量峰值較大。當(dāng)初始含水率小于液限時(shí),初始含水率越大,水分遷移量也越大。粉質(zhì)粘土;凍結(jié);水分遷移;試驗(yàn)研究我國(guó)凍土面積分布廣泛,同時(shí)凍土區(qū)又蘊(yùn)藏著豐富的土地、礦產(chǎn)、森林、畜牧業(yè)等資源。隨著我國(guó)工程建設(shè)的蓬勃興起以及西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施,在寒區(qū)修建的建筑、鐵路、公路、防災(zāi)減災(zāi)工程、電力工程等基礎(chǔ)設(shè)施越來(lái)越多,不可

的辨識(shí)、路基凍結(jié)深度的選取與修正、級(jí)配碎石摻水泥的凍脹特性、既有路基防排水結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣等問(wèn)題進(jìn)行了探討，從工程應(yīng)用方面提出了建議。季節(jié)性凍土區(qū);高速鐵路;路基凍脹;設(shè)計(jì)優(yōu)化1　概述根據(jù)季節(jié)性凍土區(qū)公路、普速鐵路等工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和研究結(jié)果，在負(fù)溫條件下路基會(huì)出現(xiàn)不同程度的凍脹變形，幅值一般在10～30 cm，甚至可超過(guò)40 cm。這些變形是由于:①路基凍結(jié)深度范圍內(nèi)孔隙水凍結(jié)成冰，體積發(fā)生膨脹(膨脹系數(shù)為9%);②在降溫凍結(jié)深入的過(guò)程中，下部未凍土層中的水分源源

道變形與路基凍結(jié)深度的關(guān)系劉勇（沈陽(yáng)鐵路局，遼寧沈陽(yáng)110001）根據(jù)哈大高鐵運(yùn)營(yíng)3年的觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)哈大高鐵軌道不均勻凍脹變形處所數(shù)量隨凍結(jié)深度的變化規(guī)律進(jìn)行分析，對(duì)軌道不均勻凍脹變形進(jìn)行分類，并分析各類變形發(fā)生時(shí)的凍結(jié)深度。結(jié)合不同路基結(jié)構(gòu)發(fā)生的軌道不均勻凍脹變形數(shù)據(jù)，分析路堤、路塹及過(guò)渡段表層、深層的軌道不均勻凍脹變形分布規(guī)律。分析結(jié)果表明，路基凍脹僅在一定深度內(nèi)才會(huì)產(chǎn)生軌道不均勻凍脹變形。在鐵路建設(shè)和維護(hù)過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)控制影響軌道變形的凍結(jié)深度范圍內(nèi)的

，并適當(dāng)加深凍結(jié)深度?？瓦\(yùn)專線；無(wú)砟軌道；路基；季節(jié)性凍土；凍脹變形；病害整治1　工程概況我國(guó)季節(jié)性凍土分布范圍約占國(guó)土面積的53.5%［1］，在東北地區(qū)，由于季節(jié)性凍土的凍脹和融沉特性，給鐵路和公路的建設(shè)及運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了嚴(yán)重危害。2004年哈爾濱鐵路局范圍內(nèi)超過(guò)15 mm的凍脹變形有16 123處累計(jì)334 454 m，其中變形達(dá)到50 mm以上的有121處累計(jì)4 323 m，最大變形可達(dá)600 mm［2］。哈大客運(yùn)專線是我國(guó)在高寒季節(jié)性凍土區(qū)自行設(shè)計(jì)建造的

分測(cè)試的最大凍結(jié)深度小于設(shè)計(jì)的最大凍結(jié)深度；基床底層采用A，B組填料的路堤工點(diǎn)的最大凍脹變形略小于基床底層采用改良土的路塹工點(diǎn)；凍脹變形均＜8 mm，凍脹變形主要集中在≤4 mm范圍內(nèi)，說(shuō)明防凍脹措施是有效的。客運(yùn)專線；路基凍脹；監(jiān)測(cè)；凍結(jié)深度；凍脹變形寒區(qū)鐵路路基凍害產(chǎn)生的主要原因是土壤中的水（包括原位水和遷移水）在凍結(jié)形成冰晶時(shí)會(huì)發(fā)生體積的膨脹，使路基發(fā)生凍脹。通常情況下由于路基填料或其特性不均勻，往往造成路基表面縱橫向凍脹高度的差異，從而使軌面高度產(chǎn)

能，圍巖最大凍結(jié)深度1.55 m，排水量較大區(qū)段位于下坡端進(jìn)口段1 300 m范圍內(nèi)，因此凍害重點(diǎn)防治區(qū)段為進(jìn)口端500 m范圍內(nèi)的軟巖區(qū)段，預(yù)測(cè)凍害類型以襯砌滲漏水、襯砌開裂為主。關(guān)鍵詞：寒區(qū)；運(yùn)營(yíng)隧道；凍害防治；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；環(huán)境溫度；凍結(jié)深度1概述寒區(qū)是指表土層的年凍結(jié)深度大于800 mm的地區(qū)。我國(guó)有一半以上的國(guó)土都屬于寒區(qū)，寒區(qū)主要包括多年凍土區(qū)和季節(jié)性凍土區(qū)，分別占國(guó)土面積的20%和55%[1]。從國(guó)內(nèi)外已建成的寒區(qū)鐵路、公路隧道的使用情況看，凍害

合地質(zhì)條件、凍結(jié)深度及工點(diǎn)類型，共選擇20個(gè)斷面進(jìn)行凍脹變形及地溫的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。自動(dòng)監(jiān)測(cè)斷面現(xiàn)場(chǎng)采集終端如圖1所示。圖2　路基凍脹監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作流程圖1　自動(dòng)監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)(2)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集箱和數(shù)據(jù)接收終端的數(shù)據(jù)通信，主要采用移動(dòng)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)GSM和GPRS等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，將現(xiàn)場(chǎng)的采集數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)中心站，并具有自動(dòng)傳送、系統(tǒng)預(yù)約、系統(tǒng)狀態(tài)信息發(fā)送的功能。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)，其它時(shí)間處于休眠狀態(tài)。由于大部分時(shí)

期地溫與最大凍結(jié)深度的變化規(guī)律岳翠桐, 劉小燕, 劉廷璽, 付青云, 曹文梅, 劉巧玲(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木建筑工程學(xué)院, 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018)[目的] 探究科爾沁沙坨地—草甸地土壤溫度與凍結(jié)深度的變化規(guī)律，為合理指導(dǎo)該區(qū)農(nóng)工生產(chǎn)和建設(shè)提供支持。 [方法] 基于2007—2015年凍融期人工觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)比分析科爾沁沙坨地與草甸地凍融期多年土壤溫度與最大凍結(jié)深度變化規(guī)律。 [結(jié)果] 研究區(qū)100 cm處沙坨地與草甸地多年土壤溫度的標(biāo)準(zhǔn)差變化

季節(jié)凍土最大凍結(jié)深度在未來(lái)50年內(nèi)隨時(shí)間的變化，提出在季節(jié)凍土區(qū)鐵路路基工程中埋設(shè)保溫層的合理深度、寬度及施工季節(jié)，分析總結(jié)保溫板厚度和路基填土高度的關(guān)系。有關(guān)隔熱層在隧道工程中的研究也較多，陳建勛[14]根據(jù)試驗(yàn)隧道的監(jiān)測(cè)結(jié)果，提出增設(shè)套拱、設(shè)置防凍隔溫層的防凍害結(jié)構(gòu)和防凍隔溫層厚度的計(jì)算方法。晏啟祥等[15]利用三維瞬態(tài)有限元程序，分析隧道保溫隔熱材料厚度為0.0 cm、3.0 cm情況下二次襯砌及周邊圍巖的溫度變化過(guò)程，研究溫度應(yīng)力分布及其可能導(dǎo)致的

凍脹率和圍巖凍結(jié)深度來(lái)綜合確定是否考慮凍脹力。強(qiáng)風(fēng)化砂泥巖 隧道 邊墻開裂 季節(jié)凍脹 整治對(duì)策我國(guó)在季節(jié)凍土地區(qū)修建的隧道越來(lái)越多，出現(xiàn)的隧道病害也呈增多趨勢(shì)，如準(zhǔn)朔鐵路梁家坪2號(hào)隧道邊墻在冬季出現(xiàn)縱向裂縫，隨著來(lái)年氣溫的回升裂縫停止發(fā)展，邊墻縱向裂縫的發(fā)展隨季節(jié)交替出現(xiàn)，影響隧道結(jié)構(gòu)和列車運(yùn)營(yíng)安全。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)凍土地區(qū)隧道的凍脹問(wèn)題取得了大量研究成果。張德華等對(duì)大板山隧道進(jìn)行了研究，考慮了圍巖的完整度，采用彈性力學(xué)方法提出了襯砌所受凍脹壓力的彈性解

凍土地區(qū)路基凍結(jié)深度試驗(yàn)研究張聰穎(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)在季節(jié)性凍土地區(qū)修建無(wú)砟軌道鐵路，路基凍脹變形控制是突出技術(shù)難題。通過(guò)對(duì)填筑粗顆粒填料的路基、天然地基與保溫路基的溫度及變形測(cè)試，確定不同土質(zhì)凍結(jié)指數(shù)與凍結(jié)深度的關(guān)系，證明設(shè)置保溫層可以降低凍結(jié)深度，是路基凍脹變形控制的一種有效措施。路基；季節(jié)性凍土區(qū)；保溫板；凍脹觀測(cè)中國(guó)國(guó)土面積約有53.5%的地區(qū)屬于季節(jié)性凍土區(qū)[1]。季節(jié)性凍土是指寒季凍結(jié)暖季全部融化的土層。路基

響；涵底最大凍結(jié)深度隨著含水量呈三段式的變化規(guī)律：隨其增大先減小，后減小速度變緩甚至凍深略有增加，最后又趨于減?。缓畢^(qū)涵洞內(nèi)徑的尺寸對(duì)涵底凍結(jié)深度方面的影響較大，而凈高對(duì)涵底凍結(jié)深度方面的影響很小，可以不考慮。深季節(jié)凍土；涵洞；溫度分布；模擬計(jì)算寒區(qū)涵洞建設(shè)是路基工程中必不可少的一部分，它的設(shè)置改善了凍土地區(qū)路基橫向排水條件，優(yōu)化了交通路線，但同時(shí)也改變了路基原有的水、熱平衡狀態(tài)，對(duì)路基的熱穩(wěn)定性有一定的影響。到目前為止，針對(duì)多年凍土區(qū)涵洞對(duì)路基熱穩(wěn)定性的

分段落的最大凍結(jié)深度測(cè)試值大于設(shè)計(jì)值;路基表層處體積含水量上下波動(dòng)相對(duì)較大,路基深層處體積含水量有緩慢減小的趨勢(shì);路基凍脹變形均小于8mm,凍脹發(fā)生的部位主要集中在基床表層范圍。客運(yùn)專線;寒冷地區(qū);路基凍脹;現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)在我國(guó)季節(jié)性凍土地區(qū),由于以往對(duì)鐵路路基的凍脹性認(rèn)識(shí)不足,路基工程的防凍脹措施未明確要求或標(biāo)準(zhǔn)較低,路基季節(jié)性的凍脹和融沉導(dǎo)致了路基產(chǎn)生嚴(yán)重的不均勻變形,破壞軌道的平順性,造成線路養(yǎng)護(hù)維修工作量十分繁重,并對(duì)安全行車帶來(lái)了嚴(yán)重危害[1- 4]。

、地形條件、凍結(jié)深度、填料類別及含水率、水、積雪、路基類型、路堤高度等使路基產(chǎn)生凍脹的因素，并重點(diǎn)對(duì)線路選線、標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度綜合修正、路基面高程、抗凍填料等進(jìn)行了論述，提出了有待試驗(yàn)研究的問(wèn)題。季節(jié)性凍土 凍結(jié)深度 高速鐵路 無(wú)砟軌道 路基 凍脹季節(jié)性凍土是指冬季凍結(jié)、春季開始融化的土，該類土在我國(guó)東北、華北及西北等地區(qū)分布很廣，以往這些地區(qū)的普速鐵路路基或多或少存在凍脹、融沉問(wèn)題。凍融逐年反復(fù)會(huì)使路基面出現(xiàn)翻漿冒泥、道砟囊等病害。由于這些凍漲或融沉具有不均

凍結(jié)法鑿井;凍結(jié)深度;井壁結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)凍結(jié)法鑿井是國(guó)內(nèi)施工穿越不穩(wěn)定深厚沖積層井筒時(shí)最常用的一種工法，目前，國(guó)內(nèi)采用凍結(jié)法施工的井筒穿越最厚的沖積層為587 m，最大凍結(jié)深度800 m。盡管我國(guó)凍結(jié)法鑿井技術(shù)已經(jīng)比較成熟，凍結(jié)法工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)均達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。但是由于該工法的復(fù)雜性以及地層的不確定性，采用凍結(jié)法施工的井筒仍然存在一些問(wèn)題。如一些井筒在建井過(guò)程中井壁破裂或在投入使用后井壁下沉撕裂，帶來(lái)了安全問(wèn)題和經(jīng)濟(jì)損失。這些問(wèn)題的出現(xiàn)可能是由于多種原

述。1.1 凍結(jié)深度本試驗(yàn)利用亞甲藍(lán)凍結(jié)深度計(jì)，測(cè)量土的凍結(jié)深度，見(jiàn)圖3。在向凍脹基坑填入試樣時(shí)，將該凍結(jié)深度計(jì)垂直埋入試樣中，并將儀器的上端露出。儀器內(nèi)管可以從外管中抽出，內(nèi)管上標(biāo)有刻度，由于亞甲藍(lán)溶液凍結(jié)會(huì)變白，因此可以通過(guò)讀取內(nèi)管上端亞甲藍(lán)變白部分的長(zhǎng)度，得到凍土深度。1.2 土溫取約110 cm長(zhǎng)的PVC管，下端封口，在管壁外側(cè)每隔10 cm粘貼一個(gè)熱點(diǎn)偶，共11個(gè)，埋入待測(cè)試驗(yàn)土樣中，使第一個(gè)熱電偶與地面持平，管內(nèi)填滿標(biāo)準(zhǔn)砂，以防止PVC管內(nèi)空氣