寒區(qū)道路病害防治與保障技術
寒區(qū)道路病害防治與保障技術,主要通過野外調研、室內試驗、理論分析、野外監(jiān)測以及數(shù)值模擬相結合的研究手段,對寒區(qū)熱管傳熱參數(shù)及其高等級公路的降溫效果、穩(wěn)定性和防治技術進行了研究,篩選出了影響熱管路基傳熱特性的主要因素。
一、項目分類
關鍵核心技術突破
二、成果簡介
寒區(qū)道路病害防治與保障技術,主要通過野外調研、室內試驗、理論分析、野外監(jiān)測以及數(shù)值模擬相結合的研究手段,對寒區(qū)熱管傳熱參數(shù)及其高等級公路的降溫效果、穩(wěn)定性和防治技術進行了研究,篩選出了影響熱管路基傳熱特性的主要因素,揭示了環(huán)境條件、熱管幾何結構、埋設方式等因素對熱管傳熱特性的影響規(guī)律,確定了路基中熱管傾斜角度以及長度比等關鍵參數(shù)的合理取值,通過室內試驗和野外監(jiān)測,篩選出了寒區(qū)降溫效果和穩(wěn)定性較好的熱管復合路基,給出了在氣候變暖條件下,能夠有效保證寒區(qū)區(qū)寬幅高等級公路穩(wěn)定性的熱管復合路基結構,并利用數(shù)值模擬的手段,提出了適用于寒區(qū)寬幅高等級公路的新型遮陽通風路基結構,可為川藏高速、青藏高速公路、滇西北高速公路等寒區(qū)高等級公路的建設提供科學參考。
圖1 多年凍土區(qū)高等級公路研究路線
我國寒區(qū)范圍廣闊,有著強烈的道路工程建設需求,國家的交通網規(guī)劃中寒區(qū)是新的建設熱點區(qū)域之一,如圖2所示。滇西北位于北緯24°38'~29°15'、東經98°05'~101°16'之間,面積為7.98萬平方km,地處青藏高原與云貴高原的過渡地帶,位于喜馬拉雅山脈東部的橫斷山脈縱向嶺谷區(qū),其中怒江、瀾滄江、金沙江最近處僅64km左右,形成獨特的“三江并流”奇觀。受青藏高原抬升和眾多河流切割影響,縱向嶺谷相間分布,山高谷深,地形起伏極大,擁有南亞熱帶、中亞熱帶、北亞熱帶、暖溫帶、溫帶、寒溫帶和寒帶等多種氣候類型,多數(shù)地區(qū)氣候寒冷,地勢險峻,土壤瘠薄,生態(tài)環(huán)境極其脆弱。
圖2 中國公路自然區(qū)劃圖
強烈的大溫差變化使得道路路基具有明顯的溫度效應,再輔以西南地區(qū)降雨量大的特點,加劇了道路路基的損傷變形和病害的產生。這些病害在川藏公路等低等級道路運營中危害較小,但是像川藏鐵路和川藏高速公路這種高標準、嚴要求的國家重大基礎設施工程,極易造成重大的交通安全隱患。因此,在川藏交通通道內,亟需調查道路路基病害現(xiàn)狀,分析建立路基水熱力耦合計算模型,深入理解道路路基病害形成機理,并提出合理的道路路基病害治理措施,評價復雜工程環(huán)境下道路路基長期服役性。
因此,正開展以下工作:以川藏通道內路基為研究對象,通過現(xiàn)場調查和文獻調研川藏通道內季節(jié)性凍土道路路基現(xiàn)場實際存在工程病害問題現(xiàn)狀,研究川藏通道季節(jié)性凍土路基在氣溫、降雨、地下水、交通荷載類型、積雪和地震等特殊條件下的工作狀態(tài),分析路基病害問題及發(fā)生機理,初步確定產生路基病害的主要因素;采取理論研究、室內試驗和數(shù)值模擬相結合的研究手段,闡釋復雜工程環(huán)境(氣溫、降雨、地下水、交通荷載類型、積雪和地震等)作用下季節(jié)凍土區(qū)路基水熱力相互作用機理,建立路基水熱力相互作用計算模型,開展季節(jié)凍土區(qū)路基溫度場、水分場和應力(變形)場的數(shù)值模擬,進行室內大型模型試驗,評估季節(jié)凍土區(qū)路基土體凍脹區(qū)、水分聚集區(qū)和塑性區(qū)等變化規(guī)律,綜合考慮土體應力集中和塑性區(qū)特征,明晰季節(jié)凍土區(qū)道路凍融災害機理,提出路基病害發(fā)生的判別依據(jù),揭示路基凍害形成機制及主控因素,進而提出相應的季節(jié)凍土區(qū)新型路基結構,評價其服役狀態(tài)(穩(wěn)定、劣化、破壞等)。
西南石油大學
2022-08-16