【博士】青藏鐵路凍土區(qū)路基病害分析和整治技術(shù)研究【2006】

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　　學(xué)科專業(yè)：自然地理學(xué)（凍土工程）　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所　　學(xué)位年度： 2006年　　青藏鐵路建設(shè)已經(jīng)在2006年7月1日建成通車，凍土區(qū)路基自2001年開始進(jìn)行試驗(yàn)工程施工，2002年進(jìn)行全面施工并在2003年暖季末基本完工以后，大多數(shù)路基工程已經(jīng)經(jīng)歷了3個(gè)完整的年際凍融循環(huán)過程，并經(jīng)歷了鋪軌以后2年的工程實(shí)踐考驗(yàn)?！　鐾羺^(qū)路基地溫場(chǎng)和變形數(shù)據(jù)的分析表明，建設(shè)階段凍土區(qū)路基工程質(zhì)量普遍良好，路基工程趨于穩(wěn)定，目前路基狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)速度的要求。但是未來(lái)全球性的氣溫變化趨勢(shì)將會(huì)改變多年凍土的生存能量條件，依存環(huán)境氣溫條件的主要路基工程結(jié)構(gòu)如片石氣冷路基和熱棒路基的熱交換過程、熱交換效果都會(huì)隨之發(fā)生緩慢變化。這樣就給青藏鐵路凍土區(qū)工程的運(yùn)營(yíng)提出新的問題，即路基穩(wěn)定性變化趨勢(shì)和路基病害預(yù)警問題，隨之而來(lái)的問題還有病害整治技術(shù)問題。　　本文首先從影響凍土區(qū)路基工程穩(wěn)定性的環(huán)境氣溫、凍土地溫、凍土含冰量等主要因素入手，對(duì)青藏鐵路多年凍土區(qū)的工程地質(zhì)條件進(jìn)行了針對(duì)性分析，并根據(jù)影響凍土區(qū)路基工程穩(wěn)定性的主要地質(zhì)條件將工程所處環(huán)境條件分為氣溫地溫均低、氣溫高地溫低、氣溫地溫均高三類，通過對(duì)凍土區(qū)路基工程修建經(jīng)過三個(gè)凍融循環(huán)過程以后地溫場(chǎng)和變形數(shù)據(jù)的分析，并在此基礎(chǔ)上對(duì)未來(lái)氣溫升高背景條件下不同類型地段主要路基結(jié)構(gòu)地溫場(chǎng)變化趨勢(shì)進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，提出了凍土區(qū)路基工程病害預(yù)測(cè)預(yù)警綜合體系的概念?！　鐾羺^(qū)路基病害最終是以工程變形的形式表現(xiàn)出來(lái)，病害的潛在發(fā)生和發(fā)展是以路基地溫場(chǎng)特征顯現(xiàn)的?！　鐾羺^(qū)路基穩(wěn)定性發(fā)展趨勢(shì)判斷主要依賴于路基地溫場(chǎng)形態(tài)特征的變化，這種變化主要通過凍土區(qū)工程長(zhǎng)期觀測(cè)形態(tài)的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)以下特殊地溫特征變化進(jìn)行分析：　　根據(jù)對(duì)不良凍土環(huán)境引發(fā)的路基工程病害的論述，可以得知這類病害問題的核心是熱融和凍脹作用通過水分表現(xiàn)出來(lái)的工程變形和位移。預(yù)警問題關(guān)鍵在于對(duì)地表凍土現(xiàn)象(冰錐、冰丘、熱融洼地、熱融湖塘、熱融邊坡)來(lái)源及發(fā)展趨勢(shì)的觀測(cè)，對(duì)有可能危及路基的這些凍土現(xiàn)象提前引導(dǎo)或阻止其向路基本體侵蝕?！　?duì)路基縱向和橫向一定范圍內(nèi)，自然地質(zhì)營(yíng)力對(duì)地形地貌的改變和發(fā)展趨勢(shì)，或者非凍土原因路基基底土體的力學(xué)穩(wěn)定性的變化，熱融活躍地段宏觀熱融作用對(duì)路基病害的影響，這些都要通過宏觀觀測(cè)及土體力學(xué)性質(zhì)化驗(yàn)來(lái)判斷?！　鐾羺^(qū)路基工程病害整治從根本上講是路基地溫場(chǎng)的控制，從表現(xiàn)上是對(duì)路基有害工程變形的抑制。凍土區(qū)路基病害整治技術(shù)應(yīng)該包括施工期預(yù)防性技術(shù)，潛在期控制技術(shù)和顯現(xiàn)期整治技術(shù)。　　本文通過對(duì)路基土體冷生過程及其對(duì)路基變形影響的研究，認(rèn)為在冷生過程的各個(gè)階段，控制發(fā)生凍融循環(huán)變化的土層厚度，從而控制路基階段變形量，縮短路基穩(wěn)定過程；調(diào)控冷生過程最終結(jié)果，使路基地溫場(chǎng)形態(tài)對(duì)稱，從而減少變形差異；使路基人為上限盡量抬升，控制多次凍融循環(huán)過程中路基變形總量，降低凍土溫度，減少路基長(zhǎng)期變形。這些是凍土區(qū)路基病害整治的技術(shù)關(guān)鍵。　　作者通過對(duì)工程觀測(cè)數(shù)據(jù)分析及建立在工程觀測(cè)基礎(chǔ)上的數(shù)值計(jì)算預(yù)測(cè)結(jié)果綜合研究，認(rèn)為在青藏鐵路建設(shè)過程中，從抬升多年凍土上限、校正地溫場(chǎng)形態(tài)(上限形態(tài))、抵御氣溫升高保證路基穩(wěn)定性的角度，有效的預(yù)防凍土區(qū)開裂變形病害的有效措施是片石層+片石護(hù)坡復(fù)合路基結(jié)構(gòu)、片石層路基和片石護(hù)坡路基。但是在開通運(yùn)營(yíng)以后條件下整治路基開裂病害的合適措施是片石護(hù)坡路基、片石護(hù)道(片石層基礎(chǔ)上加寬或一般路基加護(hù)道)路基結(jié)構(gòu)。這一點(diǎn)已經(jīng)為目前青藏鐵路開通運(yùn)營(yíng)以后整治路基開裂病害的實(shí)踐所證明?！　?

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