多年冻土地区路基修筑技术及实践

我国多年冻土地区的路基修筑技术及其相关研究走过了50年的历程。从多年冻土地区路基修筑技术的回顾出发,系统总结了多年冻土地区路基冻胀、融沉和纵向裂缝等主导病害的发育性状、分布规律和形成机理,就基于多年冻土稳定的路基设计理论和面向调控的路基稳定结构进行了深入探讨,最后提出了路基修筑技术未来的发展趋势。     

青藏公路路基纵向裂缝发育规律与整治措施研究

青藏公路整治改建中,按照保护冻土、控制融化速率的原则,绝大部分多年冻土地区的路基都被加高.随着路基高度的抬升,路基内相继出现了众多以纵向裂缝为主的病害.在大量实地调查研究的基础上,根据青藏公路纵向裂缝的发育规律,系统地分析青藏公路纵向裂缝与路基高度、走向和冻土特征之间的相互关系及其形成机理,认为青藏公路纵向裂缝主要与路基下融化盘偏移有关,另外还与冻土环境、施工质量等相关,并提出了治理青藏公路纵向裂缝的建议.     

多年冻土地区路基冻胀变形分析

首先模拟气候因素变化过程,得到不同时期冻土路基温度场分布,温度场随时间的变化可以反映出冻结相变区的变化,然后考虑土体体积力和土体冻结相变产生的冻胀力,采用考虑拉破坏的热弹性力学方法,分析得到多年冻土地区路基变形分布和演变规律;在此基础上,对冻土路基纵向裂缝的成因进行研究,揭示出冻土路基纵向裂缝主要出现于路面中部及路面靠近路肩部位,这与实际情况是相符合的。进一步的分析表明:采用低冻胀性的土填筑路基,如采用碎石土填筑,对于降低冻土路基冻胀变形及防治纵向裂缝病害是有效的。     

青藏公路典型路基病害影响因素分析

为研究青藏公路典型路基病害与多年冻土特征和路基高度之间的关系,根据青藏公路历次病害调查和勘探资料,开展统计研究。研究结果表明:沉陷、波浪病害随年平均地温的升高呈先增大后减少的趋势;随路基下伏多年冻土含冰量的增加而增大,含土冰层区相比饱冰冻土区沉陷、波浪病害会有一定量的减少;路基沉陷病害随路基高度的增加而减少。路基下伏多年冻土融化是产生纵向裂缝的根本原因,纵向裂缝病害随下伏多年冻土含冰量及路基高度的增加而增大。     

基于冻土特征的青藏公路路基病害分析

为分析青藏高原多年冻土特征对青藏公路路基病害的影响,在对青藏高原多年冻土特征进行研究的基础上,讨论了青藏线路基病害类型与形成机理。研究得出:青藏线路基的主要变形形式为不均匀沉陷变形;地温对冻土区路基纵向裂缝的影响显著;青藏沿线路基沉陷病害的百分比随着地温的降低先增大后降低;翻浆病害的百分比随着温度的降低而减小。     

考虑相变作用的冻土路基变形场的数值分析

多年冻土活动层中每年都发生着季节的融化和冻结,并伴生有各种冻土现象。由此产生了多年冻土路基冻胀、融沉、纵向裂缝、反拱及波浪等一系列病害。冻土的冻胀融沉特性是导致道路工程冻害的直接原因,为了进一步定量描述其特性,本文建立了冻土路基变形场的二维数值计算模型,并应用有限元的方法求解路基土体冻结时变形场的分布规律。通过对土基范围内冻胀带对路基土体变形场作用的研究,进一步分析了冻土路基破坏的机理。     

多年冻土地区路基纵向裂缝影响因素

根据青藏公路纵向裂缝现场勘察和形成机理分析,认为导致路基纵向裂缝的主要原因是路基边坡坡脚下融化区的产生及发展。通过非线性弹塑性有限元分析,研究了融化深度、融化区位置和融化区切入长度对纵向裂缝形成的影响规律。研究结果表明：随着融化深度不断加深,纵向裂缝产生的可能性增加,且规模逐渐增大,但并不影响裂缝产生的位置;融化区切入长度不同,纵向裂缝产生的位置不同,纵向裂缝的规模也不同;在所有切入长度中,存在一个临界长度,此时纵向裂缝的规模最大;随着融化区中心位置不断向路基中心移动,路基纵向裂缝呈现出复杂的变化现象,融化区中心位置影响路基纵向裂缝是否产生及其产生的位置。     

青藏高原多年冻土区站场路基温度场的有限元模拟

在多年冻土区修建铁路站场路基,打破了原来天然地表与外界的热力平衡,地下温度场将重新分布。根据此特征可以推断多年冻土的发展演化趋势以及评定路基的稳定状况,结合实际监测数据,利用AN SY S软件对路基下温度场进行有限元数值模拟。模拟计算结果表明:路基下冻土上限发生了上移,多年冻土得到了保护;试验段内冻土人为上限和未受路基影响的冻土天然上限均逐年下降;同时,路基阳坡、阴坡两侧地下的温度场分布特征的差异构成了路基不均匀变形和路面裂缝的潜在威胁。     

多年冻土区路桥过渡段变形及地温场试验

根据多年冻土区路桥过渡段路基在竣工后3 a内的现场试验数据,分析了路基不同位置的地温变化、路基基底沉降变形和路基不同位置沿横向及纵向的沉降变形规律。结果表明:采用粗颗粒土填筑的过渡段路基对多年冻土区土体有明显的冷却效果,可防止多年冻土上限的下降;路基阳坡的沉降大于阴坡,而沿路基纵向,距离桥台越远路基沉降越大,但路基沿横向和纵向的沉降均满足工程要求;这种粗颗粒土填筑的路桥过渡段可适用于多年冻土区。     

青海省共和至结古高速公路玛多至巴颜喀拉山多年冻土退化分析及预测

通过对玉树地区玛多至巴颜喀拉山多年冻土形成的地形地貌、气候气象、水文地质、冻土分布特征等分析,在对当地气温进行调查统计和分析的基础上,对当地多年冻土退化情况系统地进行了研究,从而为青海省玉树地区国道214线的多年冻土路基设计提供了可靠的基础依据。     

临长高速公路典型纵向裂缝成因机理试验研究

该文在对临(湘)—长(沙)高速公路多年的跟踪调研基础上,分析了临长高速公路纵向裂缝发展和分布的特点,通过对病害集中路段进行钻芯、开挖以及土工系列试验,发现纵向裂缝产生的根源在于路基边部自由水的渗入导致路基横向承载能力不均,最终引起路面形成掰开型纵向裂缝。     

多年冻土区融化盘偏移引发路基病害的治理工程措施研究

在青藏公路高温多年冻土区高路堤路段,由于阴阳坡面的地温差异造成路基边坡阳坡面的融化盘较路基中心要深,比阴面更深,在车辆荷载的作用下路基左侧(阳面)伴随着不均匀沉陷,出现了严重的纵向裂缝等路基病害.对其病害的特征及形成机理进行了系统的阐述,并基于对青藏公路热棒路基及遮阳板路基地温观测数据的分析,提出这两种工程措施能有效治理上述病害.     

多年冻土区铁路路基裂缝的调查分析

通过对青藏铁路多年冻土区路基实地调查,结合工程地质条件及冻土受热条件,对裂缝的形成原因进行了分析。根据现场调查提出了裂缝的三种形式,指出危害较大的是融沉裂缝。以一处路基断面为例对裂缝深度进行了计算,计算时省略了条块之间的摩擦力,因此计算结果比实际情况稍大。     

青康公路水泥混凝土路面和沥青混凝土路面病害调查与分析

多年冻土地区路基路面病害率高,不同路面的病害形式表现也不尽相同.根据青康公路姜路岭至清水河段多年冻土区水泥混凝土路面与沥青混凝土路面大量调查资料,对各种病害发育性状及分布现状进行统计,详细计算每公里路面的单项病害率和总病害率.结果显示:水泥混凝土路面比沥青混凝土路面病害数量多,规模大,以破碎板、纵向裂缝为主;沥青混凝土路面沉陷最为显著,其次是网裂、波浪,沥青的吸热作用严重影响路基稳定,不利于保护多年冻土.进一步对水泥混凝土路面和沥青混凝土路面病害作了分类分析,研究主要病害机理及规律,正确地评价多年冻土区公路病害.     

青藏线多年冻土路基设计概述

根据多年冻土的特点,阐述了青藏线多年冻土路基设计原则、适用条件和路基设计及全球气温变化对多年冻土路基稳定性的影响。     

东北岛状多年冻土分布特点及其公路路基设计对策

以东北岛状多年冻土的冻土温度高、受地表植被及土质岩性和地表水影响大、分布面积小、冻土厚度薄等特征为依据,结合对已有的多年冻土区公路建设的成果提炼后再创新,按预先融化冻土、控制冻土融化速率和保护冻土的路基设计原则,分别提出了冻土厚度小于2 m、大于2 m的路基设计技术方案,对东北岛状多年冻土区的公路路基设计具有重要指导意义.     

冻土路基水热迁移问题的理论模型及数值模拟

路基不均匀沉陷和冻胀变形、纵向裂缝等是多年冻土区或是季节冻土区道路工程的主要病害,路基中的热状况与水分状况及其变化是引起冻害严重与否的主要因素。路基中热量的差异和改变引起水分的迁移与转化,而传统的等温模型不能确切地反映温度变化条件下路基中水分的迁移。该文在土体水分等温模型的基础上,建立水热耦合迁移数值模型,引进非等温扩散流方程,提出在水热梯度共同作用下的二维水热迁移的理论模型,并以青藏公路K3363 880路段为对象,进行水热耦合计算,证明模型的有效性,从而进行温度场和水分场变化规律的研究。     

多年冻土路基人为上限形态特征研究

该文以青藏铁路多年冻土路基为依托,通过现场测温和地质雷达探测等手段,分析了多年冻土区各种典型路基的人为上限形态特点,提出了青藏铁路多年冻土区各种典型路基人为上限形态分类。研究发现:青藏铁路路基受路基填高、结构形式、走向坡向等因素的共同影响,主要形成3种形态的路基人为上限:A型、B型和C型。A型人为上限面升入堤身形成对路基基底稳定有利的冻土核;B型人为上限面升高至基底原天然地面附近;C型人为上限比天然上限有所上升,但未上升至基底地表附近,仍在原天然地层季节活动层范围内。     

多年冻土地区路基变形特征及影响因素

青藏公路沥青混凝土路面修建后,增大了路基下多年冻土的吸热量,导致了多年冻土融化。多年冻土融沉变形在冻土路基变形中占主导地位,其发生、发展与冻土温度及工程地质特性等有关。通过青藏公路唐南地区路基变形监测数据,分析了路基变形的特征及多年冻土融沉变形的影响因素。     

214国道多年冻土区路段路面病害特征分析

多年冻土地区路基路面病害率高,不同路面形式的病害表现也不尽相同。根据214国道姜路岭至清水河段多年冻土区水泥路面与沥青路面的大量调查资料,对路面病害的发育性状及分布现状进行统计,详细计算了路面的单公里病害率和总病害率。120.675km水泥路面的总病害率为16.22%,202.325km沥青路面的总病害率为3.38%。水泥路面比沥青路面病害数量多,且规模大,以破碎板、纵向裂缝为主,破碎板数目达到6472块;沥青路面沉陷显著,其次是网裂、波浪。结合调查结果,对214国道路面的病害进一步分类分析,研究了主要病害的发生机理及分布规律与冻土的关系,为今后寒冷地区公路路面的建设、养护等工作提供依据。