青藏高原多年冻土退化及铁路路基工程热稳定性

青藏高原未来50a地表气温可能增高2.2～2.6℃,以高温、高含冰量冻土为特色的多年冻土区将延续退化的趋势,因此青藏铁路多年冻土区路基工程建设和维护必须采用冷却路基的原则,变传统消极被动保温为积极主动降温以维护路基热稳定性。为降低或消除工程建设及气候变暖造成的路基下多年冻土融化,目前青藏铁路实施的调控对流、调控传导和调控辐射的工程措施,基本上达到了保持或促进路基下伏多年冻土的效果。数值模拟结果表明路基工程建设和补强措施基本可以应对气候转暖的不良影响,但部分措施还需要进一步优化或组合。     

青藏铁路多年冻土区路基变形特征及其来源

基于青藏铁路多年冻土区34个路基监测断面2005－2011年的变形与地温资料,分析路基的变形特征及其来源。监测结果表明：①监测期累计变形量大于100 mm的断面均为普通路基,其变形主要来自路基下部因冻土上限下降而引起的高含冰量冻土的融沉变形以及融土的压密变形,其次为路基下部多年冻土因地温升高而产生的高温冻土的压缩变形。②监测期累计变形量小于100 mm的普通路基与块石结构路基断面,其变形主要来自路基下部多年冻土的压缩变形。③总体而言,块石结构路基变形量明显小于普通路基,从而验证了主动冷却措施的长期有效性。其研究结果可为冻土区路基稳定性判断及病害预警提供数据支持。     

青藏高原清水河多年冻土区铁路路基沉降变形特征研究

通过埋设在青藏铁路路基中两个断面内的6条沉降观测管3 a来的地基沉降变形资料,研究了高原多年冻土区铁路路基的沉降变形特征,分析了填筑铁路路基对下伏多年冻土融化变形的影响。研究表明,由于受到填筑路基时赋存在路基填料内的热量的影响,铁路路基下伏多年冻土上限在施工初期会有一个明显的下移沉降,铁路路基也随之有一个较大幅度的工后下沉变动,随着时间的推移,路基下降速率会逐渐下降,但在短时间内不会停止下来,而且由于太阳辐射和路基边坡形状的影响,路基向阳面与背阴面的变形有较大的差别,且在近南北向展布的路基上表现最为明显。     

大兴安岭北部多年冻土地区路基沉陷研究

通过对该区４个路段１２个断面为期３ａ的路基沉陷观测并结合线路普查和分析表明,多年冻土路基稳定性与地基的水、热状况密切相关,受自然环境和人为因素的制约。合理布线、保护植被、改善排水、合理确定路基高度以及设置护坡、基底反铺塔头、采用土工聚合材料和无基管涵结构等,是保持该地区路基稳定的有效措施。     

多年冻土地区构筑物沉降变形分析

根据现场观测和数值分析,将多年冻土地区构筑物的沉降变形归结为几个具有不同机制的物理力学过程共同作用所致。伴随着冻土上限下降所产生的融沉,由于构筑物的修建引起多年冻土层升温而产生的高温冻土的蠕变和活动层的未冻土在暖季发生的蠕变,以及由于活动层中冻融循环改变了土的工程性质而导致的附加沉降变形。基于青藏公路和青藏铁路的修建和维护的实践,分析了以上几个可能引起沉降的原因。     

多年冻土地区路基设计原则及其应用

多年冻土地区路基设计原则是指导该地区公路，铁路建设的重要依据，过去沿用的其它行业多年冻土地基设计原则的划分方法，出现了许多问题，根据道路建设线性工程的特点，结合多年冻土特性，提出了路基区段设计原则和场地设计原则，并对影响因素进行了分析，应用文中提出 的路基设计原则，对青藏公路多年冻土路基进行了区段划分，其成果可用于工程设计。     

青藏公路多年冻土段沥青路面热量平衡及路基稳定性研究

为彻底了解和治理青藏公路多年冻土段路基病害，选择昆仑山垭口和66道班两种不同并土类型路段，首次在沥青路面上开展路面辐射和热量平衡观测，并同时和路旁天然场地自然下垫面进行同项目的对比观测，通过观测和计算，研究了不同冻土类型路沥青路面下热量收支状况及路基热量年周转，找出了致使路基沉陷及产生融化核的根本原因，并对路基内融化核形成演化及其稳定性进行分析，计算了路基下人为上限达到最大深度及所需时间和融化核的最终稳定厚度，为青藏公路整治提出了可行性措施。     

路基坡脚积水对多年冻土路基稳定性的影响研究进展

多年冻土路基的稳定性很大程度上取决于其下伏多年冻土层的热稳定性. 当融雪、降雨或人为等外界因素形成的路基坡脚积水持续一段时间后,这些积水可能通过入渗对流换热、热边界侵蚀、补给冻胀水分等方式加剧或诱发多年冻土路基热稳定性的下降和丧失. 通过回顾国内外相关文献,从影响多年冻土路基稳定性的因素、积水对路基活动层冻融过程中水分迁移的影响、热融湖塘类积水对冻土路基的热影响、降雨和融雪积水入渗对冻土路基的热影响等方面,归纳总结了坡脚积水对多年冻土路基影响方面的研究进展;在此基础上,提出了对此问题进一步深入的研究展望和探讨.     

多年冻土区路基路面变形及应力的数值分析

针对青藏公路路基下发育多年冻土融化盘的实际情况,选择两种模型,应用ABAQUS有限元分析软件,对冻土路基从修筑到开放交通过程中的路基路面位移及应力进行了分析.结果表明:冻土路基以融沉为主的变形,一般情况下以路中心下最大,变形呈凹形;当路基下融化盘偏移时,最大变形位置随之偏移;路面层底拉应力最大,对融沉变形反映敏感;路面顶部压应力最大值出现在轴载作用位置,面层应力对轴载反映敏感.计算模型断面尺寸、路基填料、路面结构等对青藏公路具有代表性,在3.6 m路基总高度条件下,无论路基下融化盘偏移与否,融化盘厚达0.5 m时路基顶部(路面层底)拉应力即达基层抗拉强度,显示路基融沉变形可能导致路基失稳及路面破坏,此时路基高度即达最大值.     

路基边坡遮阳措施对多年冻土区路基温度场的影响分析

由于全球气温的升高,导致多年冻土区冻土的退缩与融化,各种主动保护冻土的措施也相应地应用到实际工程中,遮阳措施就是其中之一。通过室内实验、数值分析以及青藏公路、青藏铁路和青康公路实际工程措施的观测结果对比分析,路基边坡遮阳板措施能够有效降低路基表面温度,使得路基土体温度的提高得以有效控制,同时能够明显降低路基土体的人为上限,确保道路的安全畅通。     

青藏铁路路基下融化夹层特征及其对路基沉降变形的影响

基于青藏铁路多年冻土区路基地温与变形现场监测资料, 研究了青藏铁路路基下融化夹层特征及其对路基沉降变形的影响. 结果表明:在已有监测场地中, 青藏铁路沿线天然场地融化夹层发育较少, 而路基下融化夹层发育较多. 低温冻土区路基下融化夹层能够逐渐完全回冻使其消失, 高温冻土区大部分路基下融化夹层有进一步发展的趋势. 当融化夹层下部为高含冰量冻土时, 融化夹层与路基沉降变形关系密切, 路基易产生较大的沉降变形; 当融化夹层下部为低含冰量冻土时, 路基沉降变形较小.     

青藏铁路冻土路基变形监测与分析

基于现场监测资料,对作为青藏铁路中的主要保护冻土的几种路基形式（如：通风管路基、块石路基、块石护坡路基、保温材料路基和普通素土路基）进行了变形和温度分析,发现所有路基的变形均以沉降变形为主,且其变形与其下伏冻土的地温场变化密切相关。经过2～3个冻融周期后,通风管路基、块石路基、块石护坡路基和保温材料路基的变形已趋于稳定,而无任何措施的普通路基目前变形仍未稳定。另外,各种路基左右路肩均存在变形差。基于以上分析可得到一个启示：在高温、高含冰量冻土地区,由于路基下多年冻土温度升高产生的高温冻土压缩变形而引起的路基沉降变形具有相当大的量级,很有可能成为冻土路基发生破坏的一个重要原因,工程实践中应给予足够的重视。     

BP神经网络在冻土路基变形预测中的应用

在青藏铁路冻土路基现场实测资料的基础上,用改进的BP神经网络建立起了路基变形与地温、路基高度和上限之间的非线性映射.对某一典型路基第30年的变形进行了预测,结果显示路基的累计融沉量在冻胀量的两倍以上.从绘制的路基变形过程曲线可以很清晰地看出路基一年中的变形趋势和冻胀融沉区间.在4月份以后,路基的变形由冻胀向融沉转变,变形与地温有很好的正比关系,但是当地温升高到一定值时,路基的融沉量便不再随着地温的升高而增大.路基的冻胀与地温的关系也有相似的规律,说明地温对路基变形的影响存在一个比较明显的区间,在这个区间范围内的温度对路基变形的影响较大,这为控制路基的病害提供了一个比较有价值的信息.     

高路堤沉降变形预测模型研究

以某高等级公路高69 m路堤的沉降资料为研究样本,采用经修正了的非匀速填土和非等步长沉降观测时间的 GM（1,1）灰色理论预测模型进行高路堤工后最终沉降量预测,与等比级数曲线模型预测结果对比,认为这两种预测模型都能很好地预测高路堤工后最终沉降量,且灰色预测模型较等比级数曲线预测模型能更好地反映高路堤不均匀沉降趋势。同时认为考虑了沉降观测时间非等步长性和路堤填土速度不均匀性的灰色预测模型,其预测结果更符合高路堤沉降变形趋势,可进一步的研究、推广和应用。     

高海拔多年冻土区路基工程行为对低温多年冻土长期影响的监测研究

青藏铁路路基创造性采用了主动冷却路基的设计理念修建而成,目前铁路已经安全运营超过10年。青藏铁路路基修筑在多年冻土之上,路基下部冻土温度变化是衡量路基是否稳定的关键因素。基于长期（2008—2019年）地温观测资料,对昆仑山垭口南坡青藏铁路K980+000低温多年冻土区块石路基坡脚至坡脚外30 m范围内的冻土上限变化、年际地温变化、季节性地温变化进行分析,研究了路基工程行为对低温多年冻土的长期影响机制。结果表明：冻土地温不断升高,冻土上限逐年下移;与天然孔比较,路基坡脚处地温增温幅度反而较小,主要可能受块石路基冷却效应的影响;冷季与暖季呈现出不对称的增温趋势。冻土路基普遍增温的趋势仍然存在,出于对多年冻土的保护与保证工程稳定性的考虑,应尽量采用冷却路基的思想修建路基。同时,应加强对路基的监测,分析长期增温过程后路基稳定性变化,并对路基下部冻土的变化做出定量研究。     

青藏铁路多年冻土区斜坡路堤的稳定性分析

通过分析目前青藏铁路多年冻土区斜坡路堤稳定性状况的本质特点,结合目前稳定性计算分析方法研究现状,切合实际地提出了从热学和力学两方面分别进行分析和计算,并综合评价斜坡路堤稳定性的方法。通过现场典型断面的计算分析可以看出：①对于热力学属性呈动态变化的斜坡路堤,分析其最不利状况可以得到符合实际的稳定性状况结果;②当斜坡路堤处于热学稳定状态时,其力学稳定性也可能呈现不稳定情况,所以需要从热、力学两方面共同分析其稳定性才能得到较为全面的符合现场实际的结论。此方法原理简单、结果明确,对于多年冻土区斜坡路堤在运营阶段的稳定性分析和评价具有重要的指导意义     

高温冻土地区高等级公路片块石路基降温效果分析

基于长期、连续的地温观测数据,对位于共和至玉树高等级公路沿线、平均海拔为4 260 m且处于高温冻土区的片块石路基温度、热状态、冻融循环过程和冻土人为上限及变化速率等进行了分析,研究了沥青混凝土和水泥混凝土路面对片块石路基下伏多年冻土的影响,以期对其适用性进行评价。研究发现,沥青混凝土路面的铺设使路基吸收了较多的热量,促使下伏多年冻土升温,导致多年冻土快速退化。观测期内,高温冻土地区沥青混凝土路面下片块石路基中心冻土退化速率为33.5 cm/a,几乎是天然地基的5倍。而且路基阴阳坡效应严重,阳坡路肩冻土退化速率为33.0 cm/a,明显大于阴坡路肩(22.0 cm/a)。与沥青混凝土路面相比,水泥混凝土路面较高的热反射率、较小的热辐射吸收率,有利于抬升冻土上限或减缓冻土退化速率。但在观测期间,发现处于高温冻土区的高等级公路片块石路基在沥青混凝土路面下融化盘面积增长速率为12.24 m²/a,而在水泥混凝土路面下为9.28 m²/a,即融化盘面积以不同程度的速率始终在增大。因此,单纯的片块石层的存在和路面类型的改变,并未彻底解决高温冻土区高等级...     

青藏铁路路基下高温-高含冰量冻土旁压试验研究

为研究青藏铁路路基下高温-高含冰量冻土的力学性质,在青藏铁路北麓河试验段开展一系列旁压强度试验。试验研究表明：路基的增加引起路基下多年冻土温度升高,未冻水含量增加,最终导致冻土旁压临塑压力Pf下降31 %,旁压极限压力Pl下降44 %,旁压剪切模量Gm下降80 %。对于高温冻结黏土,富冰冻土和饱冰冻土Gm对温度变化的敏感性高于含土冰层;饱冰冻土的Pf和Pl对温度变化的敏感性高于富冰冻土和含土冰层。     

机车荷载作用下青藏铁路多年冻土区普通路基的蠕变分析

基于青藏铁路北麓河试验段的机车现场实时振动监测,在三轴流变试验的基础上,利用ABAQUS有限元软件中的时间硬化与Druker－Prager屈服破坏准则耦合的蠕变模型,对青藏铁路多年冻土区的普通素土路基在等效机车荷载作用下的蠕变效应进行分析。研究表明,ABAQUS软件中时间硬化与蠕变模型能较好地模拟路基运营过程中的时间效应,素土路基的竖向位移由路基顶部中心位置向路基内部和两侧逐渐减小,一年中的最大位移达14 mm,与该段的年沉降变形观测值一致。路基中心的蠕变应变值大于路基顶面和天然地表的应变值,路基中心受机车荷载的振动影响最大