Совершенствование теоретических подходов прогнозирования деформаций морозного пучения грунтов земляного полотна высокоскоростных магистралей при нестационарных процессах тепло- и влагопереноса тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Ван Синьтун

• Ван Синьтун
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Ван Синьтун

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Морозное пучение грунтов земляного полотна высокоскоростных магистралей

1.2 Основные положения теории морозного пучения грунтов и моделирования его процесса

1.3 Существующие методы для решения задачи прогнозирования глубины сезонного промерзания

1.4 Современные методы защиты земляного полотна ВСМ от морозного пучения грунтов

1.5 Выводы по первой главе

ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПРОМЕРЗАНИЯ ГРУНТОВ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

2.1 Характеристика экспериментального участка

2.2 Полевые испытания по измерению температуры, влажности и величины морозного пучения в земляном полотне на геобазе ПГУПС

2.3 Результаты исследования температуры и влажности грунтов в годичном цикле и их анализ

2.4 Лабораторные исследования пучинистых свойств грунта земляного полотна

2.5 Результаты исследований пучинистых свойств грунта земляного полотна и их анализ

2.6 Выводы по второй главе

ГЛАВА 3 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОМЕРЗАНИЯ ГРУНТОВ

3.1 Постановка задачи тепло- и влагопереноса при промерзании грунта

3.2 Моделирование морозного пучения грунта

3.3 Определение необходимых параметров для решения задачи

3.4 Решение задачи с помощью COMSOL Multiphysics

3.5 Верификация модели и анализ результатов

3.6 Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СНИЖЕНИЮ ДЕФОРМАЦИЙ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ ГРУНТОВ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА НА УЧАСТКАХ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ МАГИСТРАЛЕЙ

4.1 Методика расчета

4.2 Построение расчетной модели земляного полотна

4.3 Результаты моделирования процесса промерзания земляного полотна в годичном цикле

4.4 Совершенствование конструкции земляного полотна ВСМ для снижения величины деформаций морозного пучения

4.5 Выводы по четвертой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование теоретических подходов прогнозирования деформаций морозного пучения грунтов земляного полотна высокоскоростных магистралей при нестационарных процессах тепло- и влагопереноса»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Морозное пучение является одним из наиболее опасных факторов воздействия на земляное полотно при эксплуатации железных дорог в районах сезонного промерзания грунтов. Действие морозного пучения грунтов ухудшает условия эксплуатации земляного полотна, вызывая его деформацию.

Для устранения деформаций морозного пучения на высокоскоростных магистралях (ВСМ) нормами разных стран предусмотрено устройство двух защитных слоев суммарной толщиной не менее 2,2 м и использование при их отсыпке непучинистых дренирующих грунтов. Однако, по результатам мониторинга деформации морозного пучения практически повсеместно возникали на линиях ВСМ, эксплуатируемых на северо-востоке Китая. Согласно наблюдениям, выполненным в 2012-2013 гг. на ВСМ Харбин - Далянь глубина промерзания грунтов по трассе составляла от 0,93 м до 2,05 м, а максимальная деформация морозного пучения составила 35,2 мм. Причиной такой ситуации являются климатические условия на северо-востоке Китая, которые характеризуются средней температурой в январе ниже -10 °С и продолжительностью периода со средней суточной температурой воздуха < 5 °С не менее 145 суток. Такие климатические условия в строительной практике принято называть суровыми.

Максимальная глубина промерзания на территориях эксплуатации ВСМ в других странах составляет не более 0,70 м (например, на участке Дрезден -Лейпциг ICE в Германии или на участке Хоккайдо-синкансэна в Японии), а районы строительства и эксплуатации характеризуются более благоприятными климатическими условиями. В этой связи при применении в конструкциях защитных слоев непучинистых грунтов со степенью пучинистости менее 0,01 деформации морозного пучения на ВСМ в Германии и в Японии практически не проявляются и не наблюдаются, либо их величина значительно ниже, чем на ВСМ на северо-востоке Китая.

В стратегии РФ по развитию железнодорожного транспорта особое внимание уделяется строительству ВСМ на направлениях Москва - Санкт-Петербург и Москва - Казань - Екатеринбург. Отдельные территории, на которых планируется построить и в перспективе ввести в эксплуатацию ВСМ (например, участок Нижний Новгород - Казань), обладают условиями аналогичными климатическим условиям северо-востока Китая. Процессы промерзания грунтов земляного полотна ВСМ при таких климатических условиях как показывает практика изучены недостаточно.

Перспективным подходом к описанию процессов промерзания грунтов с учетом тепло- и влагопереноса является построение математических моделей, позволяющих прогнозировать изменение температурного и влажностного полей, причем с учетом как миграции влаги при промерзании грунтов, так и влияния миграции влаги на температурное поле. Однако в настоящее время большинство моделей, применяемых на практике, не позволяет решить эту задачу в совместной постановке, учитывающей взаимное влияние температуры и влажности друг на друга.

Таким образом, особую актуальность приобретает построение математической модели для описания нестационарных процессов промерзания дренирующих ненасыщенных водой грунтов, а также решение задачи прогнозирования деформаций морозного пучения грунтов земляного полотна ВСМ в суровых климатических условиях на основе изучения нестационарных процессов тепло- и влагопереноса в непучинистых грунтах.

Степень разработанности темы исследования. Вопросами морозного пучения в связи с миграцией влаги при промерзании грунтов занимались многие российские и зарубежные исследователи: В.И. Штукенберг, С.Г. Войслав, А.Ф. Лебедев, Н.А. Цытович, М.И. Сумгин, Н.А. Пузаков, М.Н. Гольдштейн, А.П. Боженова, В.О. Орлов, Г.М. Фельдман, Э.Д. Ершов, А.Р. Павлов, В.В. Пассек, Г.М. Стоянович, Е.С. Ашпиз, А.Л. Исаков, С.А. Кудрявцев, В.Н. Парамонов,

C.М. Жданова, А.А. Чжан, А.А. Зайцев, G. Beskow, G. Bouyoucos, S. Taber,

D.H. Everett, P. Hoekstra, R.D. Miller, J.G. Dash, A.W. Rempel, D. Sheng, J.M. Konrad,

J.F. Nixon, X. Xu, R.L. Michalowski, H.R. Thomas, Jiazuo Zhou, Yuzhi Zhang и другие. На основе анализа выполненных исследований можно заключить, что имеется большое разнообразие подходов к построению моделей для прогнозирования процессов морозного пучения грунта, но остается недостаточная изученность морозного пучения дренирующих ненасыщенных водой грунтов, применяемых для строительства защитных слоев ВСМ.

Целью исследования является разработка метода прогнозирования деформаций морозного пучения грунтов защитных слоев земляного полотна высокоскоростных магистралей.

Основными задачами исследований являются:

1) мониторинг на экспериментальном участке как процессов изменения температуры и влажности грунтов земляного полотна, так и развития деформаций морозного пучения грунтов земляного полотна в уровне головки рельса (УГР) в холодный период;

2) изучение зависимостей деформаций морозного пучения дренирующего ненасыщенного водой грунта от подтока воды, начальной влажности и градиента температуры грунта;

3) разработка математической модели промерзания грунтов, которая базируется на совместном расчете, учитывающем взаимное влияние температуры и влажности грунта друг на друга при нестационарных процессах тепло- и влагопереноса;

4) исследование температурного режима грунтов земляного полотна ВСМ с учетом миграции влаги при годичном цикле промерзания-оттаивания;

5) исследование развития деформаций морозного пучения грунтов при нестационарных процессах тепло-влагопереноса;

6) разработка рекомендаций по снижению деформаций морозного пучения грунтов защитных слоев земляного полотна ВСМ.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1) выявлена зависимость степени пучинистости дренирующих грунтов, применяемых для устройства защитных слоев земляного полотна ВСМ, от их

начальной влажности при промерзании;

2) разработана и верифицирована математическая модель промерзания грунтов при нестационарных процессах тепло- и влагопереноса, учитывающая совместно как влияние температурного градиента на миграцию влаги, так и влияние миграции влаги на теплоперенос;

3) предложен новый подход прогнозирования деформаций морозного пучения грунтов земляного полона ВСМ при нестационарных процессах тепло- и влагопереноса;

4) установлена зависимость деформаций морозного пучения грунтов земляного полона ВСМ от положения укладки теплоизоляционных плит в первом защитном слое и на поверхности откосов.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость работы заключается в совершенствовании математической модели, описывающей нестационарные процессы тепло- и влагопереноса, которая позволяет определить распределение температуры и влажности в ненасыщенных водой грунтах, а также обеспечить прогноз величины деформаций морозного пучения при их промерзании.

Практическую значимость работы составляют:

1) выявленные закономерности деформаций морозного пучения дренирующих ненасыщенных водой грунтов при их промерзании в зависимости от подтока воды, начальной влажности и градиента температуры грунтов;

2) методика расчета деформаций морозного пучения, базирующаяся на решении задачи температурного и влажностного полей грунтов земляного полотна ВСМ при нестационарных процессах тепло- и влагопереноса;

3) обоснованные технические решения по совершенствованию конструкций земляного полотна ВСМ с целью снижения деформаций морозного пучения грунтов.

Методология и методы исследования. Для решения поставленных задач проведены теоретические, полевые и лабораторные исследования, определен метод планирования эксперимента и обработки данных, обобщены и проанализированы

результаты теоретических и экспериментальных исследований. Для разработки математической модели использованы теории теплопроводности и ненасыщенной влагопроводности, а также решения механики сплошных сред. Решение задачи осуществлено методом конечных элементов. Компьютерная реализация математической модели выполнена при помощи программного комплекса Comsol Multiphysics на основе интерфейса дифференциальных уравнений в частных производных (PDE). Результаты расчетов коррелируют с данными лабораторных и полевых исследований, выполненных лично автором, а также с результатами работ других авторов.

Положения, выносимые на защиту:

1) результаты экспериментальных исследований изменения температуры и влажности грунтов земляного полотна при их промерзании и оттаивании, а также процесс развития деформаций морозного пучения грунтов земляного полотна в уровне головки рельса в холодный период;

2) зависимости деформаций морозного пучения дренирующего ненасыщенного водой грунта от подтока воды, начальной влажности и градиентов температуры грунта при промерзании;

3) математическая модель промерзания ненасыщенного водой грунта, позволяющая описывать температурные и влажностные поля при нестационарных процессах тепло- и влагопереноса с учетом взаимного влияния температуры и влажности грунта;

4) результаты численного моделирования температурного режима и деформаций морозного пучения грунтов земляного полотна ВСМ в суровых климатических условиях.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных результатов подтверждается:

1) применением поверенного и сертифицированного оборудования и средств измерения при выполнении исследований;

2) хорошей сходимостью результатов математического моделирования с экспериментальными данными, а также с результатами других авторов.

Основные результаты работы были представлены на XII международной" научно-технической конференции «Политранспортные системы» (г. Новосибирск, 21-22 сентября 2022 г.) и на научно-практической конференции с международным участием «Транспортная инфраструктура 2022. Проектирование. Строительство. Эксплуатация» (г. Санкт-Петербург, 15 декабря 2022 г.).

Справка о внедрении результатов исследований приведена в приложении А.

Личный вклад автора заключается в непосредственном участии на всех этапах проведенного исследования, включая постановку цели и задач работы, обосновании методов исследований, проведении лабораторных и полевых экспериментов, построении математической модели, выполнении численного моделирования изучаемых процессов, верификации результатов расчетов с данными лабораторных экспериментов и полевых измерений. Автором лично разработаны рекомендации по совершенствованию конструкции земляного полотна на участке высокоскоростной железной дороги Харбин - Ичунь с целью снижения деформаций морозного пучения. Все данные по результатам исследований и проведенных опытов интерпретированы и обработаны автором лично. Участие автора подтверждается публикациями по теме диссертации, а также результатами апробации на международных научных конференциях.

Публикации по теме диссертации. Основные научные результаты диссертации опубликованы в трех научных работах, в том числе две работы в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и одного приложения. Основной текст диссертации изложен на 181 машинописной страницах, содержит 92 рисунка и 16 таблиц. Список литературы включает 164 наименования российских и зарубежных источников.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Морозное пучение грунтов земляного полотна высокоскоростных

магистралей

Морозное пучение грунтов - это процесс увеличения объема и деформирования дисперсных грунтов при промерзании [51], которое проявляется неравномерным поднятием на дневной поверхности. Объем грунта возрастает в результате образования ледяных включений (прослоек, линз, кристаллов льда и т.п.) при замерзании воды, содержащейся в порах грунтов и поступающей к фронту промерзания из-за миграции влаги в грунтах.

Один из основных элементов конструкции железнодорожного пути -земляное полотно, которое является инженерным сооружением из грунта и должно удовлетворять требованиям по необходимой несущей способности и деформируемости. В районах с суровыми климатическими условиями процессы морозного пучения грунтов могут вызывать (и в большинстве вызывают) деформации земляного полотна, которые ухудшают условия эксплуатации и сокращают сроки службы отдельных элементов верхнего строения пути. Деформации морозного пучения грунтов земляного полотна на участках железных дорог наблюдаются на значительной территории России [14, 18, 19], а также в Финляндии [127], в Канаде [131], в Японии [65] и в Китае, включая участки высокоскоростных магистралей (ВСМ) [74, 76, 104, 113, 139, 157].

Особенности работы земляного полотна при высокоскоростном движении пассажирских поездов заключаются, с одной стороны, в необходимости полного недопущения деформаций земляного полотна на уровне основной площадки, что определяется жесткими нормами к геометрии рельсовой колеи, а с другой стороны, повышенным вибродинамическим воздействием на грунты верхней части земляного полотна, возникающем при проходе поездов с высокими скоростями [20]. В связи с этим в нормах проектирования высокоскоростных магистралей разных стран (в Японии, во Франции, в Германии, в России, в Китае и т.д.) предусмотрено

устройство защитных слоев, являющихся основными элементами земляного полотна ВСМ для обеспечения надежности и стабильности конструкций. На основной площадке земляного полотна должны быть исключены деформации морозного пучения.

Стандартные поперечные профили земляного полотна по нормам России (Специальные технические условия для ВСМ Москва - Казань [53] и ВСЖМ-1 Москва - Санкт- Петербург [54]) приведены на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Стандартные поперечные профили земляного полотна в России:

а) насыпь; б) выемка

В соответствии со стандартом Китая TB 10621-2014 «Проектирование высокоскоростных железных дорог» [146] стандартные поперечные профили в Китае приведены на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Стандартные поперечные профили земляного полотна в Китае: а) насыпь; б) выемка в нетвёрдой горной породе

По немецкой норме Ril 836 «Проектирование, строительство и обслуживание земляных и геотехнических сооружений» [130] стандартные поперечные профили в Германии приведены на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Стандартные поперечные профили земляного полотна в Германии:

а) насыпь; б) выемка

В рамках «Программы организации скоростного и высокоскоростного железнодорожного сообщения в Российской Федерации» [45] предусмотрена реализация 20 проектов организации скоростного и высокоскоростного железнодорожного сообщения, РЖД планирует построить 7000 км высокоскоростных магистралей до 2030-2035 г. Приоритетными направлениями являются маршруты Москва - Санкт-Петербург [2] и Москва - Казань -Екатеринбург [1]. В перспективе ВСМ Москва - Казань - Екатеринбург будет продолжена в Китай как часть международной ВСМ «Евразия». Таким образом, с развитием высокоскоростного движения на территории РФ исследование о негативном влиянии морозного пучения на земляное полотно ВСМ становится актуальной задачей.

1.1.1 Особенности деформаций морозного пучения грунтов земляного полотна ВСМ на северо-востоке Китая

Начиная с эксплуатации Циньхаундао - Шэньянской пассажирской магистрали в 2003 г., работы по строительству высокоскоростных магистралей в Китайской Народной Республике значительно активизировались за последние 20 лет. В настоящее время Китай обладает самой протяженной сетью высокоскоростных железнодорожных дорог в мире, общая протяженность которых составила 42000 км [148]. В это число входят высокоскоростные магистрали, эксплуатируемые на северо-востоке Китая (рисунок 1.4): ВСМ Харбин - Далянь (протяженность - 904 км.) - первая высокоскоростная магистраль на серево-востоке Китая, ее эксплуатация началась с декабря 2012 г.; междугородные железные дороги Шэньян - Даньдун (протяженность - 208 км), Харбин - Цзямуси (протяженность - 343 км) и Харбин - Цицикар (протяженность - 282 км).

Рисунок 1.4 - Высокоскоростные и скоростные железные дороги, эксплуатируемые

на северо-востоке Китая

Чтобы исключить деформации морозного пучения, в китайской норме ТВ 10621-2014 [146] установлены требования к толщине защитных слоев, к грунтам защитных слоев и тела земляного полотна и к водоотводным сооружениям. Однако данные мониторинга на разных линиях ВСМ показывают, что влияние морозного пучения на земляное полотно неизбежно, начиная с момента строительства и в течение эксплуатации.

В соответствии с результатами мониторинга на ВСМ Шэньян - Даньдун [76], приведенными в таблице 1.1, каждой зимой в период строительства (с 2012 г. по 2015 г.) существовало явление морозного пучения грунтов земляного полотна, при этом деформация морозного пучения на большинстве участков не превышала 4 мм. По данным наблюдения в период 2012-2013 гг. количество пунктов измерения деформаций, на которых деформация морозного пучения превышала 4 мм, составляло 43,5 % от общего количества пунктов мониторинга. С каждым последующим годом количество пунктов наблюдения, на которых деформация морозного пучения превышала 4 мм, уменьшалось в течение всего периода строительства.

Таблица 1.1 - Статистика деформаций морозного пучения на пассажирской линии

Шэньян - Даньдун в период строительства (с 2012 г. по 2015 г.)

Деформация морозного пучения Первый холодный период (2012-2013 гг.) Второй холодный период (2013-2014 гг.) Третий холодный период (2014-2015 гг.)

Количество пунктов мониторинга Процент от общего количества Количество пунктов мониторинга Процент от общего количества Количество пунктов мониторинга Процент от общего количества

<4 126 56,50% 1238 78,06% 4161 99,52%

4-8 57 25,56% 283 17,84% 19 0,45%

8-12 28 12,56% 65 4,10% 1 0,02%

>12 12 5,38% 0 0,00% 0 0,00%

Итоги 223 100% 1586 100% 4181 100%

Соответственно, в период эксплуатации в течение первых трех лет (с 2012 г. по 2015 г.) на ВСМ Харбин - Далянь [74] (таблица 1.2) количество пунктов, на которых деформация морозного пучения < 4 мм, проявлялось более чем на 60 % от общего количества пунктов мониторинга, а количество пунктов, на которых деформация морозного пучения > 12 мм, составляло около 3 % от общего количества пунктов измерения. Максимальная деформация морозного пучения в разные годы составила: 35,2 мм (2012-2013 гг.), 25,4 мм (2013-2014 гг.), 33,8 мм (2014-2015 гг.).

Таблица 1.2 - Статистика деформаций морозного пучения на высокоскоростной

магистрали Харбин - Далянь в период эксплуатации (с 2012 г. по 2015 г.)

Деформация Первый холодный период (2012-2013 гг.) Второй холодный период (2013-2014 гг.) Третий холодный период (2014-2015 гг.)

морозного пучения Количество пунктов мониторинга Процент от общего количества Количество пунктов мониторинга Процент от общего количества Количество пунктов мониторинга Процент от общего количества

<4 5888 61,07% 2875 60,26% 1195 64,70%

4-8 2624 27,22% 1315 27,56% 477 25,83%

8-12 826 8,57% 424 8,89% 133 7,20%

>12 303 3,14% 157 3,29% 42 2,27%

Итоги 9641 100% 4771 100% 1847 100%

На основе наблюдений за деформациями морозного пучения грунтов земляного полотна ВСМ ученые и инженеры в Китае провели целый ряд исследований, направленных на изучение особенностей деформаций морозного пучения земляного полотна ВСМ на северо-востоке Китая.

В процессе развития деформаций морозного пучения земляного полотна на ВСМ можно выделить четыре стадии [74, 104, 139]. Рассмотрим их на примере результатов наблюдений за деформациями морозного пучения на основной площадке земляного полотна ВСМ Харбин - Далянь в пункте измерения Дэхуэй (см. рисунок 1.5) [104].

грунтов земляного полотна ВСМ Харбин - Далянь в пункте измерения Дэхуэй [104]

На первой стадии в ноябре промерзание грунтов земляного полотна возникало в пределах 0-0,2 м по глубине от поверхности. С попеременным изменением температуры воздуха между положительной и отрицательной, деформация морозного пучения изменялась с колебаниями и не превышала 5 мм [74].

На второй стадии с понижением температуры воздуха и установлением стабильных отрицательных температур воздуха деформация морозного пучения

интенсивно развивается с большой скоростью и сопровождается увеличением глубины промерзания. На этой стадии деформация морозного пучения самая заметная, средняя продолжительность - полмесяца [139].

На третьей стадии деформация характеризовалась как снижением скорости развития деформаций морозного пучения, так и незначительной величиной этих деформаций с увеличением глубины промерзания. Продолжительность этой стадии относительно длинная, почти четыре месяца по результатам мониторинга в пунктах ВСМ Харбин - Далянь [74, 139].

Последняя стадия отличается уменьшением деформаций морозного пучения при оттаивании грунтов земляного полотна. С повышением температуры воздуха деформации морозного пучения уменьшались быстро и с колебаниями. Причина этих колебаний такая же, как и на первоначальной стадии: то есть они вызваны циклом промерзания-оттаивания поверхностного слоя земляного полотна. По мере оттаивания грунтов земляного полотна деформации морозного пучения уменьшались до минимума, при этом существовала остаточная деформация, не превышающая 3 мм [104]. Эта стадия продолжалась до конца мая, и деформации морозного пучения исчезали полностью.

Стоит отметить, что развитие деформаций морозного пучения не всегда совпадает с изменением глубины промерзания. Деформации морозного пучения повышаются с увеличением глубины промерзания в начале промерзания, однако влияние изменения глубины промерзания на деформации морозного пучения уменьшается при достижении определенной глубины промерзания. Это можно объяснить тем, что основная деформация морозного пучения возникает в разных защитных слоях с развитием глубины промерзания.

Чтобы определить деформации морозного пучения в разных защитных слоях, в Китае разработан специальный прибор, который состоит из датчика перемещений, штанги, штампа и крышки. В ряде исследований китайского ученого Ню Фуцзюня [106, 113, 157] измерение деформаций морозного пучения в разных защитных слоях земляного полотна ВСМ осуществлялось с применением трех приборов, устанавливаемых по схеме, приведённой на рисунке 1.6.

Бетонная опорная плита Шпала

ь,+ ь2+ ь3

.....Л

I I Фракционный щебень I 'I Грунты групп А и Б

Крышка

Гидравлически связанный несущий слой Датчик перемещений

■'- : - — 1,5 м

Штанга

- 2,7 м

Штамп

Рисунок 1.6 - Схема установления приборов для определения деформаций морозного пучения в разных слоях земляного полотна [157]

Три прибора для определения деформаций морозного пучения были установлены в скважинах отдельно на глубинах 0,5 м, 1,5 м, 2,7 м. Деформации морозного пучения наблюдаются соответствующим прибором И, Н2, Н3.

Таким образом, для каждого слоя вычисляются следующие деформации морозного пучения:

(1) деформация морозного пучения в первом слое (0-0,5 м): = И;

(2) деформация морозного пучения во втором слое (0,5-1,5 м): Ъ2 = И2 — Их;

(3) деформация морозного пучения в третьем слое (1,5-2,7 м): Ъ3 = Н3 — Н2.

В соответствии с результатами мониторинга, деформации морозного пучения

в трех слоях земляного полотна ВСМ Харбин - Далянь на двух участках К 865 и К 866 в период 2012-2018 гг. приведены в таблице 1.3 [113]. Стоит отметить, что средние деформации морозного пучения, возникшего в первом слое, составляют 78 % от общих деформаций морозного пучения на участке выемки и 87 % от общих деформаций морозного пучения на участке насыпи. Во втором слое, соответственно, 19 % и 10 %, в третьем слое - около 3 %.

Причина этого заключается в том, что на второй стадии интенсивное развитие деформаций морозного пучения с большой скоростью в основном появляется в первом защитном слое (в пределах 0-0,5 м), а на третьей стадии основное морозное пучение возникает во втором защитном слое (в пределах 0,52,7 м), деформация морозного пучения в первом защитном слое остается неизменной, общие деформации морозного пучения характеризуются незначительным изменением с увеличением глубины промерзания.

Таблица 1.3 - Деформации морозного пучения в трех слоях земляного полотна

ВСМ Харбин - Далянь на участках К 865 и К 866 в период 2012-2018 гг.

Период Деформации морозного пучения в 7-м слое Ь^ мм (числитель), процент деформаций морозного пучения в 7-м слое от общих деформаций Ь^ % (знаменатель)

Выемка (К 865) Насыпь (К 866)

0-0,5 м 0,5-1,5 м 1,5-2,7 м Итоги 0-0,5 м 0,5-1,5 м 1,5-2,7 м Итоги

2012-2013 гг. 7,14 80,3 0,94 10,6 0,81 9,1 8,89 100 4,87 92,2 0,33 6,3 0,08 1,5 5,28 100

2013-2014 гг. 6,13 72,8 2,08 24,7 0,21 2,5 8,42 100 3,62 87,7 0,38 9,2 0,13 3,1 4,13 100

2014-2015 гг. 4,07 85,1 0,40 8,4 0,31 6,5 4,78 100 1,88 82,1 0,19 8,3 0,22 9,6 2,29 100

2015-2016 гг. 4,59 71,8 1,80 28,2 0 0 6,39 100 4,58 91,2 0,33 6,6 0,11 2,2 5,02 100

2016-2017 гг. 6,05 70,3 2,39 27,8 0,16 1,9 8,60 100 3,35 82,7 0,66 16,3 0,04 1,0 4,05 100

2017-2018 гг. 8,14 88,5 I,03 II,2 0,03 0,3 9,20 100 0,71 59,2 0,40 33,3 0,09 7,5 1,20 100

Сред. 6,02 78,1 1,44 18,7 0,25 3,2 7,71 100 3,17 86,6 0,38 10,4 0,11 3,0 3,66 100

Из таблицы 1.3 также видно, что абсолютная величина деформаций морозного пучения, возникающих в ежегодный период на участках выемки К865, больше, чем на участках насыпи К 866.

В соответствии с шестилетними данными мониторинга деформаций морозного пучения приведена диаграмма деформаций морозного пучения на участках выемки К865 и насыпи К 866 на ВСМ Харбин - Далянь на рисунке 1.7 [113]. По результатам наблюдения средняя величина деформаций морозного пучения на участке выемки равна 7,54 мм, причем максимум 9,18 мм, минимум 4,52 мм; а средняя величина деформаций морозного пучения на участке насыпи равна 3,91 мм, причем максимум 5,28 мм, минимум 1,86 мм. Очевидно, что

морозное пучение гораздо существеннее проявляется на участке выемки, чем на участке насыпи.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ван Синьтун, 2023 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. АО «Скоростные магистрали», дочерняя компания ОАО «РЖД»: сайт.

- Москва, 2022 - . - URL : http://www.hsrail.ru/Pro_iects-vsm/vsmmk/ (дата обращения: 23.05.2023)

2. АО «Скоростные магистрали», дочерняя компания ОАО «РЖД»: сайт.

- Москва, 2022 - . - URL : http://www.hsrail.ru/Proiects-vsm/vsmspb/ (дата обращения: 23.05.2023)

3. Быков, Н. И. Вечная мерзлота и строительство на ней / Н. И. Быков, П. Н. Каптерев. - Москва: Трансжелдориздат, 1940. - 372 с.

4. Войслав, С.Г. О новейших исследованиях причин пучения железнодорожного полотна и о мерах к их устранению / С.Г. Войслав // Известия Совещание Инженеров Путей Сообщения. - СПб., 1891. - Т. XI. - С. 3-26

5. ГОСТ 12071-2014. Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов. - Москва: Стандартинформ, 2015. - 12 с.

6. ГОСТ 12536-2014 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава. - Москва: Стандартинформ, 2019. - 23 с.

7. ГОСТ 22733-2016. Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности. - Москва: Стандартинформ, 2016. - 16 с.

8. ГОСТ 24847-2017. Грунты. Методы определения глубины сезонного промерзания. - Москва: Стандартинформ, 2018. - 19 с.

9. ГОСТ 25100-2020. Грунты. Классификация. - Москва: Стандартинформ, 2020. - 41 с.

10. ГОСТ 25358-2020. Грунты. Метод полевого определения температуры.

- Москва: Стандартинформ, 2021. - 16 с.

11. ГОСТ 28622-2012. Грунты. метод лабораторного определения степени пучинистости. - Москва: Стандартинформ, 2013. - 12 с.

12. ГОСТ 30416-2020. Грунты. Лабораторные испытания. - Москва: Стандартинформ, 2021. - 18 с.

13. ГОСТ 5180-2015. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. - Москва: Стандартинформ, 2016. - 23 с.

14. Дашинимаев З.Б. Диагностика пучин и методы защиты железнодорожных путей от их воздействия / З.Б. Дашинимаев // Второй международный симпозиум по проблемам земляного полотна в холодных регионах (Новосибирск, 24-26 сентября 2015 г.). - Новосибирск: Изд-во СГУПС,

2015. - С. 57-60.

15. Деформации и напряжения в промерзающих и оттаивающих породах / Э.Д. Ершов, Ю.П. Лебеденко, Л.В. Шевченко и др. - М.: Изд-во МГУ, 1985. - 168 с.

16. Дорофеев А.А. Влияние использования теплоизоляционных материалов на пучинистые свойства грунтов основания дорог / А.А. Дорофеев,

B.А. Крутиков // Техническое регулирование в транспортном строительстве. -

2016. - № 2(16). - С. 51-56.

17. Ершов Э.Д. Влагоперенос и криогенные текстуры в дисперсных породах. / Э.Д. Ершов. - М: Изд-во МГУ, 1979. - 214 с.

18. Жданова, С.М. Земляное полотно на подземных льдах и основаниях из льдистых грунтов / С.М. Жданова, О.А. Нератова, А.А. Пиотрович // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. - 2020. - № 4(55). -

C. 65-73.

19. Жданова, С.М. Инженерное мерзлотоведение: Конспект лекций /

С.М. Жданова. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2004. - 54 с.

20. Железнодорожный путь: учебник / Е.С. Ашпиз, А.И. Гасанов, Б.Э. Глюзберг и др.; под ред. Е.С. Ашпиза. - М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2013. - 544 с.

21. Зайцев, А.А. Решение задачи усиления земляного полотна железных дорог, подверженного деформациям пучин, просадок и осадок на слабых основаниях / А.А. Зайцев // Научный вестник Ямало-Ненецкого автономного

округа. - 2023. - № 2(119). - С. 6-18.

22. Иванов Н.С. Тепло- и массоперенос в мерзлых горных породах / Н.С. Иванов. - М.: Наука, 1969. - 240 с.

23. Казакевич Г.С. Механика сплошных сред. Теория упругости и пластичности / Г.С. Казакевич, А.И. Рудской. - СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003.

- 246 с.

24. Клочков Я. В. Применение пеностекла для регулирования теплового режима грунтов в сложных климатических условиях / Я.В. Клочков, Е.В. Непомнящих, В.Ю. Линейцев // Вестник ЗабГУ. - 2015. - №6 (121). - C. 9-15.

25. Колесников А.Г. К изменению математической формулировки задачи о промерзании грунта / А.Г. Колесников // ДАН СССР. - 1952. - Т. LXXXII. - №6.

- С. 889-891.

26. Конюшков В.В. Защита от морозного пучения грунтов при эксплуатации зданий и линейных сооружений / В.В. Конюшков, Н.Ю. Уразаева, О.О. Иващенко // АРХИТЕКТУРА - СТРОИТЕЛЬСТВО - ТРАНСПОРТ: материалы 71-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета. (Санкт-Петербург, 07-09 октября 2015 г.). - 2015. - СПб.: Изд-во: СПбГАСУ, 2015. - C. 16-21.

27. Коротков, Е.А. Влияние морозозащитного слоя из гранулированной пеностеклокерамики на морозное пучение грунтов земляного полотна автомобильных дорог: дис. на соиск. учен. степ. кандидата технических наук: 25.00.08 / Коротков Евгений Анатольевич; Ин-т криосферы Земли СО РАН.

- Тюмень, 2016. - 167 с.

28. Кудрявцев С.А. Промерзание и оттаивание грунтов (практические примеры и конечноэлементные расчеты) / Кудрявцев С.А., Сахаров И.И., Парамонов В.Н. - СПб.: Геореконструкция, 2014. - 247 с. - ISBN 978-5-9904956-3-0.

29. Лебедев А.Ф. Почвенные и грунтовые воды / А.Ф. Лебедев. - М.-Л.: Изд-во Акад. наук СССР, 1936. - 316 с.

30. Леонович И.И. Водно-тепловой режим земляного полотна

автомобильных дорог / И.И. Леонович, Н.П. Вырко. - Минск: БНТУ, 2013.

- 332 с.

31. Леонович И.И. Механика земляного полотна. / И.И. Леонович, Н.П. Вырко. - Минск: Наука и техника, 1975. - 232 с.

32. Лыков А.В. Теория тепло-и массопереноса / А.В. Лыков, Ю.А. Михайлов. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 535 с.

33. Лыков А.В. Явление переноса в капиллярно-пористых телах /

A.В. Лыков. - М.: Гос. изд-во техн.-теорет. лит., 1954. - 296 с.

34. Мельников В.П. Новые инженерные решения для инфраструктурных проектов в условиях криолитозоны / В.П. Мельников, Н.Л. Русаков, К.С. Иванов, Е.А. Коротков // ХОЛОДОК! - 2014. - №2. - С. 66-76.

35. Общее мерзлотоведение. / Под ред.: П.И. Мельников, Н.И Толстихин.

- Новосибирск: изд-во Наука, 1974. - 291 с.

36. Общее мерзлотоведение: Утв. ВКВШ в качестве учеб. пособия для ун-тов, геол., геол-развед. и пром-строит. ин-тов / М.И. Сумгин, С.П. Качурин, Н.И. Толстихин, В.Ф. Тумель. - М.-Л.: Изд-во Акад. наук СССР, 1940. - 340 с.

37. Орлов В.О. Криогенное пучение тонкодисперсных грунтов /

B.О. Орлов. - М.: Изд-во Акад. наук СССР, 1962. - 187 с.

38. Павлов А.Р. Алгоритм раздельного определения влажностного поля в талой и мерзлой зонах в задаче тепломассопереноса / А.Р. Павлов, М.В. Матвеева // Математические заметки СВФУ. - 2010. 17(1). - С. 83-92.

39. Павлов А.Р. Итерационная разностная схема для задачи тепломассопереноса при промерзании грунтов. / А.Р. Павлов, М.В. Матвеева // Вестник Самарского государственного университета. - 2007. - № 6. - С. 242-253.

40. Павлов А.Р. Математическое моделирование процесса промерзания грунта с учетом движения влаги в талой зоне / А.Р. Павлов, М.В. Матвеева // Математические заметки СВФУ. - 2009. 16(1). - С. 143-152.

41. Павлов А.Р. Численное моделирование динамики морозного пучения грунта / А.Р. Павлов, М.В. Матвеева // Вестник поморского университета. Серия: естественные и точные науки - 2008. № 4. - С. 79-84.

42. Патент № 2668530. Земляное полотно высокоскоростной магистрали : №2017146593 :заявл. 28.12.2017 : опубл. 01.10.2018 / Д.Г. Булычев; заявитель, патентобладатель ОАО "РЖД". - 5 с.

43. Почвоведение. Учеб. Для ун-тов. В 2 ч. / Под ред. В.А. Ковды, Б.Г. Розанова. Ч. 1. Почва и почвообразование / Г.Д. Белицина, В.Д. Васильевская, Л.А. Грашина и др. - М.: Высш. Шк., 1988. - 400 с.

44. Проблемы реконструкции насыпей железных дорог в условиях сурового климата / С.А. Кудрявцев // Реконструкция городов и геотехническое строительство: сетевой журн. - 2002. - № 5. - ЦК^ http://www.georec.spb.ru/journals/05/19/19.htm (дата обращения: 01.03.2021).

45. Программа организации скоростного и высокоскоростного железнодорожного сообщения в Российской Федерации / ОАО «РЖД». - Москва,

2015. - № 43. - 152 с.

46. Руководство по применению полимерных материалов (пенопластов, геотекстилей, георешеток, полимерных дренажных труб) для усиления земляного полотна при ремонтах пути / МПС России. - М.: ИКЦ "Академкнига", 2002. - 110 с.

47. Самуйлов В.М. Инновационный метод проектирования и строительства ВСМ с использованием нежестких типов конструкций / В.М. Самуйлов, Д.Г. Неволин, В.Е. Кошкаров // Инновационный транспорт. -

2016. - № 2. - С. 31-37.

48. Скворцов Д.С. Способы борьбы с морозным пучением сезоннопромерзающих грунтов в основаниях фундаментов зданий и сооружений / Д.С. Скворцов, А.Н. Краев, А.Н. Краев, Е.А. Жайсамбаев // Вестник евразийской науки. - 2019. - № 5(11). - С. 68-79.

49. СП 131.13330.2020 Строительная климатология. Актуализированная

редакция СНиП 23-01-99* (с Изменениями № 1): утв. Приказ от Министерства регионального развития Российской Федерации от 24. 12.2020 № 859 // Техэксперт: [сайт]. - URL: http://sniprf.ru/sp131-13330-2020 (дата обращения: 11.11.2022).

50. СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83* (с Изменениями N 1, 2, 3): утв. Приказ Министерства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 16. 12. 2016 № 970/пр // Техэксперт : [сайт]. - URL:

http://docs.cntd.ru/document/456054206 (дата обращения: 11.11.2020).

51. СП 25.13330.2012 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.02.04-88 (с Изменениями N 1-4): утв. Приказ от Министерства регионального развития Российской Федерации от 29. 12.2011 № 622 // Техэксперт: [сайт]. - URL: http://docs.cntd.ru/document/1200095519 (дата обращения: 11.11.2020).

52. СП 32-104-98 Проектирование земляного полотна железных дорог колеи 1520 мм. // Техэксперт: [сайт]. - URL: http://docs.cntd.ru/document/1200003314 (дата обращения: 11.11.2020).

53. Специальные технические условия. Земляное полотно участка Москва - Казань высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва - Казань -Екатеринбург. Технические нормы и требования к проектированию и строительству. Изменение №2. - СПб.: ПГУПС, 2017. - 42 с.

54. Специальные технические условия. Проектирование, строительство и эксплуатация высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва -Санкт-Петербург (ВСЖМ-1). - СПб.: ПГУПС, 2021. (согласованы письмом Минстроя России от 09.09.2021 № 38375-АЛ/03). - 471 с.

55. Тепломассоперенос в нефтегазовых и строительных технологиях:

учебное пособие / под. ред. А.Б. Шабарова, А.А. Кислицына. - Тюмень: Изд-во Тюм. гос. ун-та, 2014. - 332 с.

56. Технические указания по устранению пучин и просадок железнодорожного пути / МПС России. - М.: Транспорт, 1998. - 74с.

57. Хабибуллина И.Н. Использование укрепленных грунтов для устройства противопучинистых слоев на автомобильных дорогах / И.Н. Хабибуллина, М.Е. Бешенов, Т.И. Гелеверя // Известия КазГАСУ. - 2011.

- № 2(16). - С. 257-261.

58. Центр ПСС: проекты и расчеты: сайт. - М., 2008 - . -:https://www.center-pss.ru/goroda/12/luga-glpr.htm# (дата обращения:

03.09.2021)

59. Цытович Н.А. Механика мерзлых грунтов. Учебн. пособие. / Н.А. Цытович. - М.: «Высш. школа», 1973. - 448 с.

60. Чернышева И.А. К вопросу использования различных методов защиты от морозного пучения / И.А. Чернышева, А.В. Мащенко // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура. - 2016. - № 1(7). - С. 39-46.

61. Штукенберг В.И. Заметка о пучинах на железных дорогах и о мерах для уничтожения их / В.И. Штукенберг // Журнал Министерства путей сообщения.

- 1985. - Т. IV. - Кн. 10. - С. 23-36

62. Щепотин Г.К. Повышение морозоустойчивости земляного полотна автомобильных дорог / Г.К. Щепотин, Н.А. Машкин // Известия возов. Строительство. - 2015. - № 3. - С. 85-91.

63. Экспериментальные исследования механизмов передвижения влаги в промерзающих грунтах /А.П. Боженова, Ф.Г. Бакулин // Материалы по лабораторным исследованиям мёрзлых грунтов: сб. 3. - М.: Изд-во АН СССР,

1957. - С. 117-128.

64. Administration of Hokkaido: official website. - Sapporo, 2021 - . - URL : https://www.pref.hokkaido.lg.jp/kn/ksd/kijun/touketsushindo.html (дата обращения: 23.05.2023) (in Japanese)

65. Akagawa Satoshi. Frost Heaving in Ballast Railway Tracks / Satoshi Akagawa, Michiaki Hori, Jyun Sugawara // Procedia Engineering. - 2017. -Vol 189. - P. 547-553.

66. Aldrich Harl P., Jr. Frost Penetration Below Highway and Airfield Pavements / Harl P. Aldrich JR. // Highway Research Board Bulletin. - 1956. - № 135. - P. 124-149.

67. Anderson, Duwayne M. Predicting unfrozen water contents in frozen soils from surface area measurements / Duwayne M. Anderson, Allen R. Tice // Highway Research Record. - 1972. - 393. - P. 12-18.

68. Bai Qing-bo. Equations and numerical simulation for coupled water and heat transfer in frozen soil / Qing-bo Bai, Xu Li, Ya-hu Tian, Jian-hong Fang // Chinese Journal of Geotechnical Engineering - 2015. - 37(S2). - P. 131-136. (in Chinese)

69. Bai Qing-bo. Upper boundary conditions in long-term thermal simulation of subgrade / Qing-bo Bai, Xu Li, Ya-hu Tian // Chinese Journal of Geotechnical Engineering - 2015. - 37(6). - P. 1142-1149. (in Chinese)

70. Beskow G. Soil freezing and frost heaving with special applications to roads and railroads. Swedish Geological Society, C, № 375, 26 th Year Book № 3. (translated by J. O. Osterberg). In: Historical Perspectives in Frost Heave Research.

71. Bing Wenshan. Calculating Methods Research of Road Frost Depth / Wenshan Bing, Jun Zhou, Xinfa Wang // Journal of Harbin University of Architecture and Engineering. - 1995. - № 2. - P. 11-16. (in Chinese)

72. Bouyoucos, G. J. Movement of Soil Moisture from Small Capillaries to the

Large Capillaries of the Soil upon Freezing. / G. J. Bouyoucos // Journal of Agricultural Research, - 1923, Vol. 24, No. 5, P. 427-431.

73. Bruce, R.R. The Measurement of Soil Moisture Diffusivity / R.R. Bruce, A. Klute // Soil Science Society of America Journal. - 1956. - 20(4). - P. 458-462.

74. Cai De-gou. Test on Frost Heaving Spatial-Temporal Distribution of High Speed Railway Subgrade in Seasonal Frozen Soil Region / De-gou Cai // China Railway Science - 2016. - 37(03). - P. 16-21. (in Chinese)

75. Cao Li. Study of water-thermal characteristics and frost heave process monitoring in the roadbed of cutting section in seasonally frozen soil regions / Li Cao // Journal of Glaciology and Geocryology - 2017. - 39(05). - P. 1065-1074. (in Chinese)

76. Cao Taiping. Study on Frost Heave Deformation Characteristics of Railway Subgrade in Seasonal Frozen Soil Region / Taiping Cao // Railway Investigation and Surveying - 2019. - 45(01). - P. 59-62. (in Chinese)

77. Carlson Harry. Calculation of depth of freezing and thawing under pavements. / Harry Carlson, Miles S Kersten / Soil temperature and ground freezing. -1953. - №71. - P.81-98.

78. COMSOL multiphysics: программный пакет COMSOL Multiphysics для решения инженерных или научных задач: сайт. - М., 2021. - . - URL : https://www.comsol.ru/comsol-multiphysics (дата обращения: 20.06.2021).

79. Dash J.G. Thermomolecular pressure in surface melting: motivation for frost heave / J. G. Dash / Science. - 1989. - Vol. 246. №.4937 - P. 1591-1593.

80. Deng You-sheng. Study of Soil-reinforce Effect and Frost-heaving Prevention Effect of Additive / You-sheng Deng, Wei Ma, Ping He, Cheng-lin Zhou // Journal of Glaciology and Geocryology - 2003. - 06. - P. 644-647. (in Chinese)

81. DIN 18196-2011 Erd- und Grundbau - Bodenklassifikation für

bautechnische Zwecke. - Normenausschuss Bauwesen (NABau) im DIN, 2011. - 13 s. (in German)

82. Engineering countermeasures on frozen heave subgrade of Harbin-Dalian high-speed railway / X. Ma, A.Al. Zaytsev, W. Zhao [et al.] // Modern problems of design, construction and operation of the railway track: Proceedings of the XIV International Scientific and Technical Conference (Moscow, April 05-06, 2017) -Moscow: Emperor Nicholas II Moscow State Transport University, 2017. - P. 107-111.

83. Fowler A.C. A simplified numerical solution of the Miller model of secondary frost heave / A.C. Fowler, C.G. Noon // Cold Regions Science and Technology. - 1993. - 21(4). - P. 327-336.

84. Fremond M. Thermomechanical modeling of frozen soil / M. Fremond, M. Mikkola // Ground Freezing 91: proceedings of the sixth International Symposium on Ground Freezing (September 10-12, 1991, Beijing, China). - Balkema Rotterdam, 1991. - P. 17-24.

85. Frost Action of Soil and Foundation Engineering / Xiaobai Chen, Jiankun Liu, Hongxu Liu, Yaqing Wang. - Beijing: Science Press, 2006. - 532 p. -ISBN 7-03-016175-0. (in Chinese)

86. Fukuda Masami. Numerical analysis of heat-moisture flow during soil freezing / Masami Fukuda, Shigeru Nakagawa // Journal of the Japanese Society of Snow and Ice. - 1982. - Vol. 44. - № 1. - P. 13-21. (in Japanese)

87. GB 50007-2011. Code for design of building foundation. - Beijing: China Architecture & Building Press, 2011. - 333 p. (in Chinese)

88. GB 50176-2016. Code for thermal design of civil building. - Beijing: China Architecture & Building Press, 2016. - 196 p. (in Chinese)

89. Gilpin R.R. Exploration of a Rigid Ice Model of Frost Heave / R.R. Gilpin

// Water Resources Research - 1980. - 16 (5). - P. 918- 930.

90. Groenevelt P.H. Heave and Heaving Pressure in Freezing Soils: A Unifying Theory / P.H. Groenevelt, C.D. Grant // Vadose Zone Journal. - 2013. - №12. - P. 1-11.

91. Guymon G. L. Two-Dimensional Model of Coupled Heat and Moisture Transport in Frost-Heaving Soils / G. L. Guymon, T. V. Hromadka, II, R. L. Berg // Journal of Energy Resources Technology - 1984. 106(3) - P. 336-343.

92. Guymon, G.L. Mathematical model of frost heave and thaw settlement in pavements / G.L. Guymon, R.L. Berg, T.V. Hromadka; U.S. Army Corps of Engineers Cold Regions Research and Engineering Laboratory, - Hanover, NH, 1993. - 126 p. -CRREL Report 93-2.

93. Hansson Klas. Water Flow and Heat Transport in Frozen Soil: Numerical Solution and Freeze-Thaw Applications / Klas Hansson, Jirka Simunek, Masaru Mizoguchi, Lars-Christer Lundin, and Martinus Th. van Genuchten // Vadose Zone Journal - 2004. 12(1) - P. 693-704.

94. Harlan R.L. Analysis of coupled heat-fluid transport in partially frozen soil / R.L. Harlan // Water Resources Research - 1973. 9(5) - P. 1314-1323.

95. Hartikainen J. Thermomechanical modeling of frozen soil / Juha Hartikainen, Martti Mikkola // Ground Freezing 97: Frost Action in Soils: Proceedings of an international symposium (April 15-17, 1997, Lulea, Sweden). - Balkema Rotterdam, 1997. - P. 101-105.

96. He M. Modeling of Coupled Heat-Moisture Transfer and Deformation Behavior of Frozen Soil / Min He, Xiaopeng Feng, Ning Li // Soil Mech Found Eng.. -2018. - №55. - P. 153-161.

97. Hoekstra, P. The physics and chemistry of frozen soils / P. Hoekstra //

Proceedings of an International Conference (Washington, D.C., January 16 1969). -Washington, D.C.: Highway Research Board Special Report, Issue 103, 1969.

- P. 78-90.

98. Hu Heping. A numerical simulation for heat and moisture transfer during soil freezing / Heping Hu, Shixiu Yang, Zhidong Lei // Journal of Hydraulic Engineering - 1992. - 07. - P. 1-8. (in Chinese)

99. JGJ 118-2011. Code for design of soil and foundation of building in frozen soil region. - Beijing: China Architecture & Building Press, 2011. - 254 p. (in Chinese)

100. Konovalov, A.A. Quantitative analysis of the relation between the main thermophysical characteristics of frozen soils / A.A. Konovalov // Soil Mech Found Eng.

- 1979. - 16. - P. 23-27.

101. Konrad J.-M. Frost heave prediction of chilled pipelines buried in unfrozen soils / J.-M. Konrad, N. R. Morgenstern // Canadian Geotechnical Journal. - 1984. -21(1) - P. 100-115.

102. Konrad J.-M. The segregation potential of a freezing soil / Jean-Marie Konrad, Norbert R. Morgenstern // Canadian Geotechnical Journal. - 1981. -№.18 - P. 482-491.

103. Lei Zhidong. Soil Hydrodynamics / Zhidong Lei, Shixiu Yang, Senchuan Xie. - Beijing: Tsinghua University Press, 1988. - 407 p. (in Chinese)

104. Li Xianming. Characteristics and engineering significance of frost heaving in subgrade of Harbin-Dalian high-speed railway / Xianming Li, Fujun Niu, Hua Liu, et al. // Journal of Glaciology and Geocryology - 2018. - 40(01). - P. 55-61. (in Chinese)

105. Li Zhiming. Study on Mechanism of Moisture-Heat-Stress Coupling for Frozen Soil and Engineering Application: Master thesis / Li Zhiming; Harbin Institute

of Technology. - Harbin, 2017. - 75 p. (in Chinese)

106. Liu Hua. Effect of structure style on subgrade frozen characteristics of high-speed railway in cold regions / Hua Liu, Fujun Niu, Yonghong Niu, Jian Xu // Rock and Soil Mechanics - 2015. - 36(11). - P. 3135-3142. (in Chinese)

107. Liu Z. Theoretical Basis for Modeling Porous Geomaterials under Frost Actions: A Review / Zhen Liu Ye Sun Xiong (Bill) Yu // Soil Science Society of America Journal. - 2012. - 76(2). - P. 313-330.

108. Liu, S. Application of Mastic Asphalt Waterproofing Layer in High-Speed Railway Track in Cold Regions / S. Liu, J. Yang, Xianhua Chen, Guotao Yang, De-gou Cai // Applied Sciences. - 2018. -8(5) - P. 667-682.

109. Lu Fei. Study on insulation measures of high-speed railway subgrade in seasonally frozen soil region / Fei Lu // Journal of Glaciology and Geocryology - 2016.

- 38(01). - P. 115-120. (in Chinese)

110. Lu Ning. Unsaturated soil mechanics / Ning Lu, William J. Likos. -Hoboken: John Wiley & Sons, 2004. - 556 p.

111. Matsumaru Takaki. Method of calculating frost penetration depth for railway subgrade considering thermal characteristics of multilayer materials / Takaki Matsumaru, Kenichi Kojima, Masao Tominaga, et al. // Quarterly Report of RTRI. - 2007. - Vol. 48 No.3. - P. 142-147.

112. Meteorological Data Centre: National Meteorological Information Centre.

- Beijing, 2016. - URL: http://data.cma.cn/en/?r=data/index&cid=0b9164954813c573 (дата обращения: 11.11.2022)

113. Miao Qi. Comparing frost heave characteristics in cut and embankment sections along a high-speed railway in seasonally frozen ground of Northeast China / Qi Miao, Fujun Niu, Zhanju Lin, Jing Luo, Minghao Liu // Cold Regions Science and

Technology. - 2020. - № 170. - P. 1-8.

114. Michalowski R.L. Frost heave modelling using porosity rate function / Radoslaw L. Michalowski, Ming Zhu // Int. J. Numer. Anal. Meth. Geomech.. - 2006. -30(8). - P. 703-722.

115. Miller R.D. Freezing and heaving of saturated and unsaturated soils / R.D. Miller // Highway Research Record. - 1972. - (393). - P. 1-11.

116. Miller R.D. Lens initiation in secondary frost heaving / R.D. Miller // In. Symp. on Frost action in soils (Lulea, Sweden, February 16 1977). - Lulea: Alltryck AB, 1977. Vol. 2 - P. 68-74.

117. Minkoff S.E. Coupled fluid flow and geomechanical deformation modeling / Susan E. Minkoff, C.M. Stone, Steve Bryant, Malgorzata Peszynska, Mary F. Wheeler //Journal of Petroleum Science and Engineering. - 2003. - Vol 38. - P. 37-56.

118. Mualem, Y. A new model for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated porous media / Yechezkel Mualem // Water Resources Research - 1976. -12 (3), - P. 513- 522.

119. Niu Fujun. Experimental study of roadbed stability in cutting section along a high-speed railw ay in seasonal frozen regions / Fujun Niu, Hua Liu, Yonghong Niu, et al. // Chinese Journal of Rock M echanics and Engineering - 2013. - 32(S2). - P. 4032-4040. (in Chinese)

120. Nixon J.F. Field frost heave predictions using the segregation potential concept / John F. Nixon // Canadian Geotechnical Journal. - 1982. -19(4) - P. 526-529.

121. Nixon. J. F. Discrete ice lens theory for frost heave in soils / J.F. (Derick) Nixon // Canadian Geotechnical Journal. - 1991. - 28(6). - P. 843-859.

122. O'Neill K. Exploration of a Rigid Ice Model of Frost Heave / K. O'Neill, R.D. Miller // Water Resources Research - 1985. - 21 (3), - P. 281- 296.

123. O'Neill K. Numerical solutions for a rigid-ice model of secondary frost heave / K. O'Neill, R.D. Miller; U.S. Army Corps of Engineers Cold Regions Research and Engineering Laboratory, - Hanover, NH, 1982. - 10 p. - CRREL Report 93-2.

124. Padilla F. Modeling and experimental studies of frost heave including solute effects / Francisco Padilla, Jean-Pierre Villeneuve // Cold Regions Science and Technology. - 1992. - 20(2). - P. 183-194.

125. Philip J.R. Moisture movement in porous materials under temperature gradients / J.R. Philip, D.A. De Vries // Transactions, American Geophysical Union -1957. 38(2). - P. 222-232.

126. Piper D. A mathematical model of frost heave in granular materials: PhD

thesis / Piper David; University of Nottingham. - Nottingham, 1987. - 240 p.

127. Pylkkanen K. Real-time in-situ Monitoring of Frost Depth, Seasonal Frost Heave, and Moisture in Railway Track Structures / K. Pylkkanen, H. Luomala, W.S. Guthrie, and A. Nurmikolu // Cold Regions Engineering 2012: Sustainable Infrastructure Development in a Changing Cold Environment (Quebec City, Canada., August 19-22, 2012.). - Washington, D.C.: American Society of Civil Engineers (ASCE), Vol 1, 2012, - P. 446-455.

128. Rempel A.W. Formation of ice lenses and frost heave / A.W. Rempel // Journal of Geophysical Research: Earth Surface. - 2007. - Vol. 112. - P. 1-17.

129. Richards, L.A. Capillary Conduction of Liquids Through Porous Mediums. / L.A. Richards // Physics. - 1931. - 1(5): 318-333 p. https://doi.org/10.1139/t01-010

130. Ril 836 Earthworks and geotechnical structures design, build and

maintenance. - Frankfurt am Main: DB Netz AG, 1999. (in Germen)

131. Roghani Alireza. Quantifying the effect of freeze-thaw cycles on track surface deformation and degradation of railway track geometry; Case study / Alireza Roghani //Transportation Geotechnics. - 2021. - Vol 30. - P. 1-10.

132. Saarelainen S. Modelling frost heaving and frost penetration in soils at

some observation sites in Finland: the SSR model. / Seppo Saarelainen - Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 1992. - 119 p. - ISBNs 978-951-38-7040-9.

133. Saito Hirotaka. Numerical Analysis of Coupled Water, Vapor, and Heat Transport in the Vadose Zone / Hirotaka Saito, Jiri Simunek, Binayak P. Mohanty // Vadose Zone Journal - 2006. 5(2). - P. 784-800.

134. Shang Xiang-yu. Numerical Simulation Improve-ment of Frozen Soil's Frost Heave with Hydraulics Model / Xiang-yu Shang, Guo-qing Zhou, Jin-sheng Zhou // Journal of China University of Mining & Technology. 2006. 35(6). P. 762-766. (in Chinese)

135. Shen Mu. Modelling of coupled heat, moisture and stress field in freezing soil / Mu Shen, Branko Ladanyi // Cold Regions Science and Technology. - 1987. -14(3). - P. 237-246.

136. Sheng D. A potential new frost heave mechanism in high-speed railway embankments / D. Sheng, S. Zhang, F. Niu, G. Cheng // Geotechnique. - 2014. - 64(2). - p. 144-154.

137. Sheng D. Frost heave due to ice lens formation in freezing soils: 1. Theory and Verification; 2. Field application. / D. Sheng, K. Axelsson, S. Knutsson // Nordic Hydrology. - 1995. - 26(2). - P. 125-168.

138. Sheppard M.I. Development and Testing of a Computer Model for Heat and Mass Flow in Freezing Soils / M.I. Sheppard, B.D. Kay, J.P.G. Loch // Proceedings of the third International Conference on Permafrost (July 10-13, 1978, Edmonton, Alberta, Canada). - Ottawa: National Research Council of Canada, 1978. - P. 76-81.

139. Shi Gangqiang. Study on Frost Heave Law of High-speed Railway Subgrade in Cold Regions and Its Preventive Countermeasures / Gangqiang Shi // Subgrade Engineering - 2019. - № 03. - P. 99-103+119. (in Chinese)

140. Taber S. The Mechanics of Frost Heaving / S. Taber // The Journal of Geology, - 1930, Vol. 38, No. 4, - P. 303-317.

141. Tai Bowen Numerical modelling of anti-frost heave measures of high-speed railway subgrade in cold regions / Bowen Tai, Jiankun Liu, Tengfei Wang, Yupeng Shen, Xu Li // Cold Regions Science and Technology. - 2017. Vol. 141 - P. 28-35.

142. Taylor G.S. A model for coupled heat and moisture transfer during soil freezing / G.S. Taylor, J.N. Luthin // Canadian Geotechnical Journal - 1978. 15(4). - P. 548-555.

143. TB 10001-2016. Code for design on subgrade of railway. - Beijing: China Railway Publishing House, 2016. - 234 p. (in Chinese)

144. TB 10035-2018. Code for Design on Special Railway Earth Structure. -Beijing: China Railway Publishing House, 2018. - 281 p. (in Chinese)

145. TB 10077-2019. Code for rock and soil classification of railway

engineering. - Beijing: China Railway Publishing House, 2019. - 74 p. (in Chinese)

146. TB 10621-2014. Code for Design of High Speed Railway. - Beijing: China Railway Publishing House, 2016. - 248 p. (in Chinese)

147. TG/GW116-2013 High-speed railway ballasted track line maintenance rules in PRC (trial implementation). - Beijing: China Railway Publishing House, 2013.

- 96 p. (in Chinese)

148. The State Council of the People's Republic of China: website. - Beijing, 2006 - . - URL : https://www.gov.cn/xinwen/2023-01/13/content_5736816.htm (дата обращения: 23.05.2023) (in Chinese)

149. Thomas H.R. Modelling of cryogenic processes in permafrost and seasonally frozen soils / H.R. Thomas, P. Cleall, Y.-C. Li, C. Harris, M. Kern-Luetschg // Géotechnique. - 2009. - 59(3). - P. 173-184.

150. Tian Shijun. Experimental study on frost heaving characteristics of graded cobble mixed with cement for Harbin-Dalian high-speed railway subgrade / Shijun Tian // Railway Engineering - 2014. - 08. - P. 79-82. (in Chinese)

151. Tian Ya-hu. Adaptability of Heat-insulating Course to Prevention of Forst Heave of Unballasted Railway Track Subgrade in Seasonal Frozen Regions / Ya-hu Tian, Wei Xiao, Yu-peng Shen, Tian-liang Wang // Journal of the China Railway

Society - 2014. - 36(05). - P. 76-81. (in Chinese)

152. UIC CODE 719R Earthworks and track bed for railway lines (3rd edition).

- Paris: International union of railways, 2008. - 110 p.

153. Van Gassen Wim. Problems with the segregation potential theory / Wim van Gassen, D.C. Sego // Cold Regions Science and Technology. - 1989. - 17(1).

- P. 95-97.

154. Van Genuchten M. Th. A Closed-form Equation for Predicting the Hydraulic Conductivity of Unsaturated Soils / M. Th. van Genuchten // Soil Science Society of America Journal. - 1980. - 44(5). - P. 892-898.

155. Wang Gongbo. The Application of XPS Insulation Board In Anti-Frost Heave Measures For High-Speed Railway Subgrade Structure / Gongbo Wang, Guoyu Qian, Yong Wang // Railway Investigation and Surveying - 2019. - 3. - P. 56-60. (in Chinese)

156. Wang Qing-zhi. A study of orthogonal design tests on frost-heaving characteristics of graded crushed rock / Qing-zhi Wang, Jian-kun Liu, Ya-hu Tian, Jian-hong Fang, Xin-xin Zhu // Rock and Soil Mechanics - 2015. - 36(10). - P.

2825-2830+2836. (in Chinese)

157. Wu X.Y. Delamination frost heave in embankment of high speed railway in high altitude and seasonal frozen region / X.Y. Wu, F.J. Niu, Z.J Lin, J. Luo, H. Liu, Z.J. Shao // Cold Regions Science and Technology. - 2018. - № 153. - P. 25-32.

158. Xiong Zhiwen. Experimental Study on Frost Heaving Characteristics of Improved Coarse Grain Filling for High Speed Railway / Zhiwen Xiong, Lan Jin, Jia Cheng, Dongxing Niu, Xiangyang Shi // China Railway Science - 2015. - 36(05). -P. 1-6. (in Chinese)

159. Xu Xiaozu. Physics of frozen soil / Xiaozu Xu, Jiacheng Wang, Lixin Zhang. - Second Edition. - Beijing: Science Press, 2010. - 378 p. (in Chinese)

160. Xu Xiaozu. Soil-Water Potential and Unfrozen Water Content and Temperature / Xiaozu Xu, J.L. Oliphant, A.R. Tice. // Journal of Glaciology and Geocryology - 1985. - 01. - P. 1-14. (in Chinese)

161. Zhang Y. Thermal-Hydro-Mechanical Model for Freezing and Thawing of Soils: A dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy (Civil Engineering) / Zhang Yao; University of Michigan. -Michigan, 2014. - 201 p.

162. Zhang Yuzhi. Numerical Simulation of the Thermal-Hydro-Mechanical Characteristics of High-Speed Railway Roadbeds in Seasonally Frozen Regions / Yuzhi Zhang, Jianghui Bei, Pei Li, Xiaojie Liang // Advances in Civil Engineering. -2020. Article ID 8849754, 14 pages, 2020. https://doi.org/10.1155/2020/8849754

163. Zhang Yuzhi. Study on the Stability of High-speed Railway Roadbed in Deep Seasonally Frozen Region: Doctoral dissertation / Zhang Yuzhi; Beijing Jiaotong University. - Beijing, 2015. - 161p. (in Chinese)

164. ZTV E-StB 09 Additional technical conditions of contract and directives for earthworks in road construction. - Cologne: FGSV Verlag, Edition 2009. Translation 2012. - 115 p.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Справки о практическом использовании результатов исследований