路基冻胀是冻土区铁路建设与运营的主要基础病害之一，保温是路基冻害防控的一种常用措施。在总结路基保温材料使用性能要求的基础上，综述目前无机类与有机类保温材料、超高性能绝热材料、相变材料、泡沫轻质土及泡沫混凝土等5大类19种保温材料的常规性能及改性或实用化工艺的发展现状。总结了目前我国铁路路基既有的保温方案及适用场景，提出了新建铁路与运营铁路保温方面存在的问题以及发展方向。最后，结合近年新型保温材料的技术优势及发展趋势，提出复合强化层等6种新型铁路路基保温方案，以期为铁路路基保温技术的创新和发展提供参考。
为研究给排水管道外加保温材料、内通热媒管道措施对防止管道冻结和减小多年冻土影响的效果。文中通过采用两种不同的保温材料进行试验,分析得出聚氨酯保温材料比岩棉更加适用于热媒给排水管道保温,防止管道冻结和维持周围多年冻土的状态。通过建立给排水系统仿真模型分析得出采用管道保温措施的情况下,在土体冻结期内管道内温度为负值;当采用热媒时管道内流体温度可维持正温,不发生冻结。
为研究给排水管道外加保温材料、内通热媒管道措施对防止管道冻结和减小多年冻土影响的效果。文中通过采用两种不同的保温材料进行试验,分析得出聚氨酯保温材料比岩棉更加适用于热媒给排水管道保温,防止管道冻结和维持周围多年冻土的状态。通过建立给排水系统仿真模型分析得出采用管道保温措施的情况下,在土体冻结期内管道内温度为负值;当采用热媒时管道内流体温度可维持正温,不发生冻结。
基于加格达奇地区实测气温以及典型点月平均出站油温监测资料,利用二维有限元模型对典型冻土工程地质地段运行50 a有无保温材料埋地热油管道周围土体的冻融过程以及融化圈发展过程进行数值计算。研究表明:管道中心剖面,春季管道附近存在双向融化,冬季地表向下单向冻结,管底土体始终处于融化状态;原天然地层土体春季单向融化,冬季双向冻结;管道周围土体融化圈和融化深度随着时间的推移逐渐变大,管道运行50 a后,无保温材料管道管底融深高达6.9 m;土壤融化速率在第1年达到最大,随后迅速减小,10 a后基本不变;保温材料对管道周围土体冻融过程、冻融圈、冻融深度的发展有明显的抑制作用,尤其在管道运营初期抬升了下部土体温度。
基于加格达奇地区实测气温以及典型点月平均出站油温监测资料,利用二维有限元模型对典型冻土工程地质地段运行50 a有无保温材料埋地热油管道周围土体的冻融过程以及融化圈发展过程进行数值计算。研究表明:管道中心剖面,春季管道附近存在双向融化,冬季地表向下单向冻结,管底土体始终处于融化状态;原天然地层土体春季单向融化,冬季双向冻结;管道周围土体融化圈和融化深度随着时间的推移逐渐变大,管道运行50 a后,无保温材料管道管底融深高达6.9 m;土壤融化速率在第1年达到最大,随后迅速减小,10 a后基本不变;保温材料对管道周围土体冻融过程、冻融圈、冻融深度的发展有明显的抑制作用,尤其在管道运营初期抬升了下部土体温度。
针对现有岛状冻土地区冻胀路基的维护技术存在的突出问题,为最大限度地降低利用传统换填材料处治对道路通行能力的影响,研究提出了两种具备良好隔温性能,且能够快速硬化、施工便捷的新型填料。基于可控性低强度材料(CLSM)的高流动性、自填充、自密实特性,对其掺入泡沫颗粒,并通过对两种配合比进行无侧限抗压强度试验、导热系数试验和抗冻融循环试验,确定换填材料的泡沫颗粒的最佳体积比为1%。从技术经济角度出发,提出治理方案为:对沉陷面积不大的区域,采用全厚度换填修复;对沉陷面积较大的区域,采用XPS板+CLSM换填修复。最后通过现场试验段的实施,分析结果表明,本文提出专用于现有岛状冻土地区路基换填的新型材料,能够达到实际的工程应用要求。
针对青藏高原多年冻土区高寒、大温差环境下公路隧道防冻保温与多年冻土保护问题,依托中国首座多年冻土区公路隧道建设实例,采用有限元软件ANSYS,分析了不同隧道保温隔热层铺设方式下的温度场变化,并利用模糊综合评价方法对保温材料性能进行了对比分析。结果表明:多年冻土区隧道宜采用双层铺设方式;保温材料铺设在二衬表面或离壁铺设时应优先选用福利凯保温板,保温材料夹层铺设时应优先选用硬质聚氨酯泡沫塑料材料;研究成果可为避免多年冻土区公路隧道冻害和冻土融化,保障结构长期稳定服役提供科学依据。
针对青藏高原多年冻土区高寒、大温差环境下公路隧道防冻保温与多年冻土保护问题,依托中国首座多年冻土区公路隧道建设实例,采用有限元软件ANSYS,分析了不同隧道保温隔热层铺设方式下的温度场变化,并利用模糊综合评价方法对保温材料性能进行了对比分析。结果表明:多年冻土区隧道宜采用双层铺设方式;保温材料铺设在二衬表面或离壁铺设时应优先选用福利凯保温板,保温材料夹层铺设时应优先选用硬质聚氨酯泡沫塑料材料;研究成果可为避免多年冻土区公路隧道冻害和冻土融化,保障结构长期稳定服役提供科学依据。
以鄂西地区沙子垭隧道为背景,运用传热学和有限元的基本理论,考虑应力场和温度场的耦合影响,建立了应力场和温度场耦合问题的二维数学模型,并应用Galerkin法进行了有限元分析。分析结果表明,温度场对季节性冻土隧道的应力场影响较大,在建设期间应该考虑应力场与温度场的耦合影响。
针对内蒙古自治区根河至满归出口公路一在建桥涵基础,考虑相变、热生成及材料非线性,用有限元法模拟了现浇混凝土中的水化热以及开挖回填等动态施工过程对冻土地基温度场的影响,对基础下设的绝热保温层厚度以及预留边界进行了探讨,预测了未来50年的最大融深,总结了一些有价值的结论。