多年冻土地区公路路基纵向裂缝与路基走向关系的探讨

纵向裂缝是在多年冻土地区公路的主要病害之一,严重影响了所在路段的行车安全和正常运营.以前我国多年冻土区公路路基普遍不高,纵向裂缝病害较少且危害较小,公路设计和科研对其关注较少.目前,对纵向裂缝的形成机理与分布规律研究较少,对其发生、发展的机制、过程和影响因素缺乏深入的认识,工程和科研人员对其仍未形成统一的认识,给工程整治措施选择和处治方案制定造成很大困难.热状况是影响和控制多年冻土路基,特别是高温高含冰量冻土路基病害发生的关键因素;太阳辐射是影响多年冻土地区地表热状况的主要因素,公路路基抬高后,路基两侧接受太阳辐射的差异变大,冻土路基表面热状况和太阳辐射对路基病害的发生和发展影响变大.结合青藏公路多年冻土区路段纵向裂缝调查结果,分析了路基纵向裂缝在路基横断面上的分布规律,研究了不同走向路基表面太阳辐射的分布,探讨了多年冻土区公路路基纵向裂缝与路基走向的关系,以及太阳辐射对公路纵向裂缝形成的影响     

基于可靠度的多年冻土区路基稳定性评价及应用分析

通过对多年冻土区道路路基稳定性的分析和研究,从冻土类型、温度、厚度、地质地貌单元以及工程条件5个方面选取了12项对多年冻土区路基稳定影响较大的因素作为评价指标,建立了冻土路基稳定性评价指标体系。基于安全可靠度并考虑各个影响因素之间的关系,运用层次分析法和模糊数学理论确定冻土区路基稳定状况的模糊综合评价模型,提出了基于安全可靠度的用于评价多年冻土区路基稳定的模糊综合评价方法,并结合青藏公路清水河段进行实例分析,结果表明,在该段公路实施热棒处理措施前后,其路基稳定性评价系统可靠度分别为0.48和0.55,与该段公路实际运营过程中路基稳定状态相一致,即由不稳定到稳定,进一步对布设热棒后路基稳定性进行二级模糊综合评价,其评价系统得分为63.74分。     

青藏铁路普通路基下部冻土变化分析

高温高含冰量冻土地区,青藏铁路采取了冷却路基、降低多年冻土温度的工程措施.然而青藏铁路仍有大量路段未采用任何工程措施,因此修筑普通路基后冻土变化也是普遍关心的问题.根据青藏铁路普通路基下部土体温度监测的近期结果,分析了季节冻土区、已退化多年冻土区和多年冻土区路基下部冻土变化特征.结果表明,不同区域修筑普通路基,其下部土体温度、最大季节冻结深度、多年冻土上限等存在较大的差异.在季节冻土和已退化多年冻土区,右路肩下部(阴坡)已形成冻土隔年层;在多年冻土强烈退化区,其路基下部形成融化夹层;在高温多年冻土区,其路基下部上限存在抬升和下降,上限附近土体温度有升高的趋势.在低温多年冻土区,其路基下部上限全部抬升,上限附近土体存在"冷量"积累,有利于路基下部多年冻土热稳定性.因此,低温多年冻土区修筑普通路基后,冻土变化基本是向着有利于路基稳定性的方向发展,在其它地段修筑普通路基,冻土变化是向着不利于路基稳定性的方向发展的.特别是阴阳坡太阳辐射差异,导致了土体热状态和多年冻土上限形态产生较大的差异,这种差异将会对路基稳定性产生一定的影响.     

多年冻土地区公路修筑技术研究与工程实践

为系统总结、集成青藏高原多年冻土地区公路修筑技术,在青藏公路、青康公路50 a建设和30 a工程技术研究的基础上,研究高海拔多年冻土区公路工程病害发牛发展的规律与机理.通过公路与冻土相互作用下关键工程稳定性问题的深入分析,针对多年冻土地区公路路基、路面、桥梁、生态保护等主要工程对象,采用理论模拟、室内试验与实体工程检验相结合的方法,揭示了公路路基、路面、桥涌桩基与多年冻土相互作用规律;提出了保障公路路基稳定系列工程措施与设计参数、路而低温耐久性能的关键指标、桥梁桩基同冻时间与强度形成的关系以及高寒生态恢复技术等,并最终形成多年冻土地区公路修筑成套技术.     

多年冻土区公路病害对冻土地温和含冰类型的敏感性分析

多年冻土的年平均温度和含冰类型作为表征多年冻土特征的两个基本指标,在一定程度上决定了多年冻土区公路工程所要采取的技术措施. 因此,年平均温度和含冰类型是多年冻土公路工程设计和施工中必须考虑的两个因素. 通过对青康公路国道214线沿线冻土工程地质状况调查和公路病害的分析,结合区域内气象水文等资料,研究了公路工程病害对多年冻土年平均温度和含冰类型的敏感性,查清了影响公路病害的主要因素. 研究结果为不同地温分区、不同含冰量多年冻土区公路病害防治技术措施的选择提供了科学依据,将减少或延缓多年冻土区公路病害的发生,提高工程质量,节省养护成本,保障安全运营,促进冻土区经济社会的发展.     

高原多年冻土地区公路修筑技术研究的回顾与展望

通过大量的研究课题实例,回顾了高原多年冻土地区公路修筑技术研究的各个历史阶段,综述了公路修筑技术的研究内容和成果。高含冰量冻土分布规律及工程地质研究、冻土路基设计与冻土路基变形规律研究及保持冻土路基稳定性的路基设计原则和工程措施研究、路面修筑技术研究、桥涵基础研究等。随着高原多年冻土地区公路路面等级的提高和路面使用时间的延续及人为因素的不良影响,高原多年冻土地区的公路路基、路面和桥涵等出现了一些新     

西藏热角地区冻土工程特性及公路边坡稳定性调查

斯潘古尔-热角地区位于我国西部边境,区域内公路在国防安全上具有重要作用。研究区域内冻土工程条件及边坡稳定性进行对公路的运行安全具有重要意义。因此,本研究通过现场调查及遥感方法对区域内公路沿线周边冻土工程特性及公路边坡稳定性进行了评价。结果表明：研究区多年冻土下界海拔在4700m以上,冻土埋深上限3～4 m,仅在环路北线翻越山岭段分布有厚度在50～80m之间的多年冻土外,其他路段均属于季节冻土区,最大冻深在2～3m之间。对该地区冻土工程特性的分析表明,尽管大部分路段处于深季节冻土区,但路基稳定性基本不受冻融病害影响。而北线的多年冻土含冰量低且冰主要以裂隙冰存在,因此路基融沉问题并不突出。北线部分盘山路段边坡开挖引起的松散堆积层存在失稳滑塌风险,此外在南线部分陡坡开挖处可能因岩石风化形成落石和岩屑流而影响行车。因此,为提高该公路边坡稳定性建议在存在滑塌风险的开挖临空面加筑挡墙,同时增设柔性防护网以减小边坡破坏等现象对行车的影响。     

青藏公路下伏多年冻土的融化分析

基于青藏公路沿线高温冻土区和低温冻土区2组地温观测孔5 a的地温观测资料, 研究了路基下伏多年冻土的融化状态, 定量分析了进入路基下多年冻土内的热状况. 结果表明: 路基近地表地温明显高于对应天然地表下的地温, 路基近地表经历的融化期长于对应天然地表, 高温冻土区路基内已形成贯穿融化夹层;进入高温冻土区路基下伏多年冻土内的热收支处于持续不断的吸热状态, 进入低温多年冻土区的热收支也呈现出吸热明显大于放热的周期性变化;高温冻土区接近0℃的地温及其持续不断的热积累是引起下伏多年冻土不断融化的主要原因. 低温冻土区进入多年冻土的热积累暂时以增高地温耗热为主, 随着地温的增高, 低温冻土区也可能发生强烈的冻土融化.     

青藏铁路多年冻土区热棒的施工技术

青藏铁路要穿越550 km长的多年冻土区,其中年平均地温>-1.0℃的高温多年冻土路段275 km,高含冰量冻土类型路段长221 km.为确保路基工程的整体稳定,部分地段采用了热棒处理措施.热棒路基利用自然能源,在温差作用下驱动内部制冷工质的汽液两相对流循环,通过蒸发段蒸发吸热作用降低周围冻土温度,增加冻土本身的冷储量,提高热稳定性,保护多年冻土.热棒技术是一种有着广阔应用前景的新技术,尤其是在全球气温升高大环境下,其作用更为明显.针对热棒的工作原理和施工技术进行了系统的总结分析,实践证明,热棒能够很好的防止多年冻土的融沉、冻胀病害,已在青藏铁路、公路多年冻土区路基试验段取得重要的阶段成果,以后将会在多年冻土区施工中逐步推广应用.     

风积沙环境下高等级公路冻土块石路基降温性能分析

青藏高原脆弱的生态系统以及人类工程活动,加剧了青藏工程走廊线性工程两侧沙漠化、荒漠化发展趋势,尤其冻土块石路基面临日益严重的风积沙灾害问题。以多年冻土区高等级公路块石路基为研究对象,采用数值模拟分析风积沙环境下封闭块石路基的降温性能和长期热稳定性。结果表明：风积沙堆积对封闭块石路基下部土层冻土温度的影响程度高于冻土上限,1.0 m湿沙工况降低冻土温度,0.2 m干沙则增大冻土温度。升温背景下,随年平均气温增加风沙堆积对路基冻土上限影响程度增强,干沙增大冻土融化深度,湿沙抬升冻土上限。随冻土含冰量减小,路基中心冻土上限对气候升温敏感性增加,风沙堆积影响减弱。气候升温和风沙堆积条件下,在年平均气温低于-5.5℃时,宽幅沥青路面封闭块石路基能够满足降温要求,使人为冻土上限保持在块石层内。研究成果可为风沙危害区多年冻土块石路基的病害治理和拟建青藏高速公路块石路基设计提供科学依据。     

基于能量平衡的多年冻土区公路设计理论研究

青藏公路长期研究表明,青藏高原多年冻土公路工程空间效应敏感,主要表现为公路空间效应直接改变下伏冻土地基的天然能量平衡状态,继而引发一系列工程病害. 针对这一工程问题,提出多年冻土地区公路能量平衡设计理论,研究公路工程建设引发的多年冻土地基能量变化状态,平衡自然环境变化和工程建设等导致的外界“有害”能量导入与工程处置措施对冻土地基中“有害”能量导出之间相互关系,从空间和时间两个维度分析多年冻土地区公路工程的能量平衡过程. 据此,作为多年冻土公路工程的设计依据,将为青藏高原高速公路的科学设计提供理论支持.     

青藏铁路主要冻土路基工程热稳定性及主要冻融灾害

在介绍青藏高原多年冻土退化背景及其工程影响的基础上,通过主要冻土路基现场监测和沿线调查,对青藏铁路冻土路基2002年以来的地温发展过程、热学稳定性及次生冻融灾害进行了分析。结果表明：青藏铁路自2006年通车后冻土路基整体稳定,列车运行速度达100 km/h,达到设计要求,但不同结构路基的热学稳定性不同,采取＂主动冷却＂方法的路基稳定性显著优于传统普通填土路基。管道通风路基、遮阳棚路基及U型块石路基冷却下伏多年冻土的效果显著,块石基底路基左右侧对称性较差,而处于强烈退化冻土区和高温冻土区的普通路基热稳定性差,需结合路基所在区域局地气候因素予以调整或补强。以热融性、冻胀性及冻融性灾害为主的次生冻融灾害对路基稳定性存在潜在危害,主要表现为路基沉陷、掩埋、侧向热侵蚀等,其中目前最为严重的病害是以路桥过渡段沉降为代表的热融性灾害。     

青藏铁路路桥过渡段沉降变形影响因素分析

青藏铁路于2006年7月1日建成通车,已运行5年。总体上铁路路基是稳定的,但由于铁路建设在以高温高含冰量为特征的多年冻土之上,冻土的微小变化会诱发路基病害的发生,其中路桥过渡段沉降变形是比较典型,也是最为普遍的一类路基病害。通过对青藏铁路西大滩至尺曲谷地164座桥梁路桥过渡段沉降病害调查及相关因素分析。过渡段路基沉降与桥走向的南北端、路基坡向、路基高度、多年冻土类型（含冰量）、地温、路基结构以及地质条件等因素相关。桥北端平均沉降量大于南端,阳坡大于阴坡;沉降量随着路基高度呈对数趋势增加;富冰、饱冰等高含冰量冻土区沉降明显高于多冰、少冰地段,高温多年冻土区沉降量高于低温多年冻土区;路基结构对过渡段沉降也有一定的响应性,表现为特殊结构路基沉降较小;粉土、粉质黏土等细颗粒地层段沉降量比砾石土等其他岩性地段大。通过相关性分析表明,过渡段路基沉降与坡向相关系数最大,为0.234,其次为与路基填土高度,为0.213,与桥南北端、路基结构、冻土含冰量也呈正相关关系;与地温的负相关性比较显著,为-0.210,其次与地质条件呈现出负相关性     

路基施工对青藏高原多年冻土的影响

青藏高原上施工会扰动其下多年冻土的存在状态. 近些年来, 高原上相继修建的大量的线性工程, 这些大型工程的建设必将进行多年冻土区的开挖和夯填, 从而会引起下伏多年冻土的结构发生很大变化. 研究了路基施工对青藏高原多年冻土的影响, 并以青藏铁路、青藏公路沿线典型实例进行分析. 结果表明: 开挖施工扰动最大, 可引起斜坡失稳滑塌、地表积水和热融湖塘等;填土路堤会引起其下伏多年冻土升温, 路基两侧形成的小气候往往起着提高地面温度的作用;挡水、排水设施施工也会导致多年冻土上限下降, 地表沉陷. 可见, 填土路基、开挖、地表工程扰动都会导致多年冻土发生变化, 这些冻土变化对路基稳定必将构成威胁.     

青海柴木铁路多年冻土区片石路基工程措施效果的模糊评价

为综合评价多年冻土区片石路基工程措施效果, 以青海柴木铁路为例, 通过分析筛选多年冻土区片石路基工程措施效果评价因子, 给出各评价指标的层次结构, 建立综合评价模型, 确定工程效果评价分级标准与评价因子权重, 采用模糊数学方法对柴木铁路多年冻土区片石路基工程措施效果进行评价, 评价结果显示: 柴木铁路多年冻土地区片石路基工程效果评价结果为较好状态的占86.1%, 处于一般状态的比例为7.5%, 处于较差状态的为6.4%, 没有处于良好状态的路段. 结合试验断面测温资料, 采用模糊方法的评价结果与野外实际观测结果基本相符, 说明此方法可运用于多年冻土区片石路基工程措施效果评价中.     

多年冻土地区公路筑路技术研究现状与新课题

分析了中国多年冻土地区公路修筑技术的研究现状, 介绍了青藏公路沿线多年冻土三期科研工作、青藏高原东部退化性多年冻土的研究成果和小兴安岭岛状多年冻土的研究方向. 在总结科研与实践工作的基础上, 提出了多年冻土地区公路修筑技术的相关研究课题和新思路.