为了快速和直观地掌握新型框架锚杆支护下多年冻土边坡的冻融规律，基于水-热-力耦合理论，考虑多年冻土边坡冻结和融化规律，在考虑风速影响下建立了新型通风锚杆支护边坡冻胀、融化固结耦合控制方程，并通过伽辽金法和有限差分法对这些控制方程进行相应的空间域和时间域的离散，进而编制了有限元软件，从而建立了新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡水-热-力耦合模型，并采用室内模型试验验证了所建立模型的可靠性.利用该模型对新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡进行了计算，研究结果表明：(1)在新型框架通风锚杆支护下，坡面及锚杆周围的温度明显低于坡体内部，且锚杆周围的温度分布呈现波浪线形态；在融化期间，坡面温度相对升高，然而锚杆周围的温度仍然低于坡体内部.(2)经过长期的冻融循环，边坡产生了不可恢复的变形，且变形逐年累加.(3)在冻融循环周期内，锚杆轴力表现为逐渐增大、然后减小的趋势，其受到的冻胀力超过融土土压力.该计算模型可为新型框架通风锚杆的设计计算提供理论指导.
冻土是由冰胶结体、土颗粒、气体、未冻水组成的四相胶结体，其强度受温度影响较大，以至于冻土的强度准则比普通土的强度准则更为复杂。冻土强度准则在实际工程中有很广泛的应用，比如，可用于冻土边坡稳定性计算。由于冻土的复杂性，将未冻土的强度准则直接用于冻土边坡工程稳定性计算分析是不合理的。为研究冻土强度准则在冻土边坡稳定性判断中的应用，本研究首先在已有的冻土强度准则中选取Liao和Lai提出的代表性冻土强度准则，利用瑞典条分法和该强度准则推导了冻土土坡安全系数的解。其次，基于此强度准则推导的冻土土坡安全系数的解进行冻土边坡稳定性计算分析，并将计算结果与已有的冻土边坡分析数据作对比，验证该强度准则的适用性。计算结果表明：选用的强度准则计算出的安全系数与原冻土边坡安全系数比较接近，误差较小，该强度准则在冻土边坡稳定性计算方面有较高的精确性和适用性。最后，鉴于实际工程中非稳定状态冻土边坡较多，基于工程实用性，进一步总结给出了冻土边坡失稳防治措施。本研究可为寒冷地区冻土土质边坡的设计、建设、维护提供理论指导与参考。
为了研究季节冻土区边坡冻胀效应下土钉支护结构沿土钉长度方向的剪应力和轴力分布变化规律，首先，基于传热学理论及固液两相共存的导热微分方程得到冻结锋面移动变化规律，结合冻胀率公式进一步推导得到寒区边坡自由冻胀变形计算公式；其次，将土钉对边坡的支护作用视为无穷多个沿着土钉长度方向上的剪切分布力，考虑到边坡冻结时冻结层与未冻土层的刚度差异性，通过坐标变换后将刚度当层法与Mindlin解相结合推导双刚度层边坡内部有剪切集中力作用时钉土相互作用接触面上任一点的位移解析解；最后，基于钉土二者相互作用位移协调条件，建立关于土钉长度方向剪切分布力的黎曼积分方程，通过闭Newton-Cotes法的复合梯形积分公式及MATLAB软件编程对算例求解分析，获得土钉轴力分布规律，并利用数值解和实测值进行对比验证，此外还分析冻胀率、初始含水量等参数对土钉长度方向剪应力及轴力分布影响。结果表明：本文耦合计算方法得到土钉轴力分布形式与现场实测、数值模拟结果在总体趋势上基本一致，表明耦合计算法是合理可行的；土钉长度方向的剪应力及轴力分布规律符合中性点理论，轴力曲线呈现出两头小中间大的抛物线状，其最大值对应出现在剪应力为零...
框架通风锚管多年冻土边坡支护结构是基于"积极保护冻土"的原则提出的一种同时具备通风降温功能和锚固功能的新型多年冻土边坡支护结构,为了推动该结构在工程中的应用,现对其降温效果进行研究。首先,对通风锚管与土体之间的管壁换热机制进行分析,得出考虑风速影响的管壁热流密度计算公式;然后建立通风锚管径向传热模型,以管壁热流密度作为锚管边界条件,通过摄动方法求解,得出径向冻结锋面扩展的降温效果评价指标;同时,基于能量守恒定律得出通风锚管轴向坡面融深变化的另一降温效果评价指标;采用自主研发的有限元程序对通风锚管的降温效果进行数值模拟,并结合理论结果进行验证分析。结果表明:管壁的热交换作用是对流换热和蒸发散热两种作用的叠加;通风锚管具备较好的降温效果,且受管壁开孔率的影响较大;给出的评价指标能够全面的评价通风锚管的降温效果;有限元结果也证实了通风锚管良好的降温效果以及评价指标的合理性。研究成果能够为结构的设计提供理论依据和指导。
框架通风锚管多年冻土边坡支护结构是基于"积极保护冻土"的原则提出的一种同时具备通风降温功能和锚固功能的新型多年冻土边坡支护结构,为了推动该结构在工程中的应用,现对其降温效果进行研究。首先,对通风锚管与土体之间的管壁换热机制进行分析,得出考虑风速影响的管壁热流密度计算公式;然后建立通风锚管径向传热模型,以管壁热流密度作为锚管边界条件,通过摄动方法求解,得出径向冻结锋面扩展的降温效果评价指标;同时,基于能量守恒定律得出通风锚管轴向坡面融深变化的另一降温效果评价指标;采用自主研发的有限元程序对通风锚管的降温效果进行数值模拟,并结合理论结果进行验证分析。结果表明:管壁的热交换作用是对流换热和蒸发散热两种作用的叠加;通风锚管具备较好的降温效果,且受管壁开孔率的影响较大;给出的评价指标能够全面的评价通风锚管的降温效果;有限元结果也证实了通风锚管良好的降温效果以及评价指标的合理性。研究成果能够为结构的设计提供理论依据和指导。
为研究土工格室+粗颗粒柔性结构在高原冻土地段防护路堤边坡的工程效果和适用条件,在青藏铁路沱沱河地区设计并开展了土工格室护坡试验研究,研究试验包括测定土工格室填料的物理力学性能指标;测试土工格室在常温(20℃)、高温(60℃)、低温(-25℃)、循环条件(低温→高温→低温)、连续低温常温循环条件和紫外线条件下的力学特性,对土工格室冻融和抗老化性能进行了试验,并对现场测试断面的变形进行测试,试验成果表明:土工格室这种材料更耐低温,且具有较好的抗老化性能,可适用于多年冻土地区路基坡面防护,并根据试验结果给出高原冻土地段土工格室护坡处理措施应注意的要点。
为研究土工格室+粗颗粒柔性结构在高原冻土地段防护路堤边坡的工程效果和适用条件,在青藏铁路沱沱河地区设计并开展了土工格室护坡试验研究,研究试验包括测定土工格室填料的物理力学性能指标;测试土工格室在常温(20℃)、高温(60℃)、低温(-25℃)、循环条件(低温→高温→低温)、连续低温常温循环条件和紫外线条件下的力学特性,对土工格室冻融和抗老化性能进行了试验,并对现场测试断面的变形进行测试,试验成果表明:土工格室这种材料更耐低温,且具有较好的抗老化性能,可适用于多年冻土地区路基坡面防护,并根据试验结果给出高原冻土地段土工格室护坡处理措施应注意的要点。