青藏铁路道砟层对冻土路基热状况影响分析VIP免费

第30卷,第1期中国铁道科学Vol130No112009年1月CHINARAILWAYSCIENCEJanuary,2009文章编号:1001-4632(2009)01-0008-05青藏铁路道砟层对冻土路基热状况影响分析郑波1,2,3,张建明1,马小杰4,覃英宏1(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实验室,甘肃兰州730000;2.中国铁道科学研究院,北京100081;3.中铁西南科学研究院有限公司,四川成都610031;4.浙江建设职业技术学院,浙江杭州311231)摘要:在青藏铁路北麓河试验段设置试验断面,对地温及热流量进行观测,研究青藏铁路道砟层对路基下伏冻土热状况的影响。研究分析表明:道砟层在暖季阻止外部热量进入下伏冻土,冷季阻止路基内部热量扩散,且道砟层在暖季保温效果明显,而在冷季其降温效果并不明显;相同深度处道砟层下土体的年平均温度比砂砾路面下土体的年平均温度约低2e;道砟层对路基下伏冻土起降温效果主要是因为其在暖季屏蔽了大部分外界热量,促使道砟层下土体年总热量收支呈现负值,从而起到很好的降温效果。因此,铺设道砟层有利于冻土路基的热稳定性。关键词:青藏铁路;多年冻土;道砟层;降温效果;路基稳定性中图分类号:U213114文献标识码:A收稿日期:2008-01-25;修订日期:2008-09-13基金项目: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(2004104);中国科学院知识创新工程重要方向性项目(KZCX3-SW-351);中国科学院知识创新工程重大项目(KZCX1-SW-04)作者简介:郑波(1980)),男,湖南邵阳人,博士研究生。多年冻土的融沉问题是寒区铁路能否安全修建和正常运行的关键问题之一。为了防止路基下多年冻土发生融化和融沉变形,国内外学者提出了主动冷却路基的思路。块石、碎石路堤作为主动保护多年冻土的措施之一,被广泛应用于青藏铁路的建设中。研究表明:块石、碎石层中由于存在大量空隙,当空隙中空气产生对流时,块石、碎石层对路基下伏冻土具有冷却降温的作用[1-8];在暖季,对外界热量有较好的屏蔽作用[9]。多年冻土区的铁路与公路及其他工程建筑物相比,最显著的特征之一就是其路基表面铺设有一层碎石道砟,这层特殊材料(高渗透率多孔介质)的存在必然会对铁路路基内温度场的形成及下伏多年冻土的生存和发育产生影响。本文在青藏铁路北麓河试验段设置试验断面,研究道砟层对冻土路基热状况的影响。1试验概况111试验场自然条件试验场地位于青藏铁路北麓河DK1136+775断面,属北麓河盆地南部、孤山山前冲、洪积高平原地貌。地势开阔,地表植被发育较好,多年冻土广泛分布,属高温不稳定多年冻土区,冻土上限2m左右,冻土年平均地温-016~-017e。地下冰发育,主要分布在冻土上限以下0~3m范围内。根据气象资料,年平均气温-318e,极端最高气温2312e,极端最低气温-3717e,年平均降雨量29019mm,年平均蒸发量131619mm,相对湿度平均为57%。最大风速40m#s-1,年平均风速4110m#s-1,主导风向为西北风,与铁路走向基本垂直。最大积雪厚度14cm,年平均雷暴日数3617d,冻结期为9月至次年4月。112试验内容、条件、布置及数据采集为分析道砟层对路基下伏冻土热状况的影响,本次试验主要采集铁路道砟层下路基体温度及热流数据。道砟碎石平均直径6~8cm,成分主要为花岗岩,总体上呈灰白色,其物理参数如表1,道砟层厚度为70cm,顶面宽度为314m,底面宽度为513m。测温探头和热流板均埋设在砂砾路面下20cm表1碎石道砟的物理参数体积热容量/(J#m-3#K-1)体积热膨胀系数/(l#K-1)运动黏度/(m2#s-1)渗透率/m2导热系数/(W#m-1#K-1)01644@10331671@10-311314@10-54138@10-601396的路基体粗砂层中。测温探头埋设的间距约014m,从左到右编号为No12,No13,,,No121,其中No12)No14埋设在路基左侧,No15)No112埋设在道砟层以下,No113)No121埋设在路基右侧。1#,2#,3#热流板分别埋设在枕木右侧、砂砾路面与道砟层交界处和轨道中心道砟层下。试验断面如图1所示。图1试验断面温度探头和热流板布置图试验用温度探头与热流板是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自行研制的,数据采集使用经自行改装的澳大利亚生产的DataTaker数据采集仪。地温、热流量采集频率分别为1次/3h和1次/h。2试验结果及分析211温度分析数据采集仪每天采集温度数据8次,考虑到热敏电阻对温度较敏感及其...