【博士】青藏公路多年凍土路基病害及其防治研究【2007】

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　　學(xué)科專業(yè)：道路與鐵道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：長(zhǎng)安大學(xué)　　學(xué)位年度： 2007年　　論文以青藏公路為依托，以凍土路基病害為切入點(diǎn)，通過(guò)對(duì)凍土工程性質(zhì)影響因素的分析，進(jìn)行公路工程凍土分類研究；通過(guò)路基病害類型、影響因素、分布規(guī)律的研究，揭示路基病害與凍土環(huán)境的關(guān)系；通過(guò)凍土存在的環(huán)境條件及其與路基病害分布關(guān)系的分析，確定凍土的穩(wěn)定性；根據(jù)多年凍土分布規(guī)律和道路工程特點(diǎn)，確定凍土路基設(shè)計(jì)原則；利用有限單元分析方法，丌展路基病害形成機(jī)理和病害防治工程效果及適用性研究。　　本文認(rèn)為，凍土工程分類不僅要考慮到凍土的變形性質(zhì)(冰含量)，也應(yīng)該考慮到凍土的穩(wěn)定性質(zhì)，必須將凍土的溫度或環(huán)境的年均氣溫、凍土上限深度考慮在內(nèi)，充分考慮凍土的熱穩(wěn)定性才能準(zhǔn)確反映凍土的工程性質(zhì)和狀態(tài)。　　研究表明，在全球氣候變暖的背景下，青藏公路沿線多年凍土呈現(xiàn)明顯退化趨勢(shì)。受瀝青路面強(qiáng)烈吸熱影響，沿線路基下多年凍土上限明顯下降，凍土上限附近土層融化排水國(guó)結(jié)是導(dǎo)致路基沉陷發(fā)生的根本原因。至20世紀(jì)90年代，沿線路基下已大范圍出現(xiàn)人為上限大幅下降，導(dǎo)致路基下多年凍土形成融化盤(pán)，融化盤(pán)匯集淺層地下水會(huì)加劇凍土融化，進(jìn)一步影響路基穩(wěn)定?！　「鶕?jù)凍土溫度和年均氣溫、上限埋深并結(jié)合路基病害發(fā)育強(qiáng)度，將青藏公路沿線多年凍土分為穩(wěn)定、亞穩(wěn)定和不穩(wěn)定三種類型，其中亞穩(wěn)定型凍土內(nèi)路基病害發(fā)育廣泛、規(guī)模較大，不穩(wěn)定型病害規(guī)模巨大，但數(shù)量較少。受氣候、地質(zhì)條件、地形地貌、地表水文條件區(qū)域性變化的制約，多年凍土的熱穩(wěn)定性也呈現(xiàn)區(qū)域性變化規(guī)律，即公路沿線多年凍土穩(wěn)定性具有區(qū)段性變化特點(diǎn)。根據(jù)這一原理，本文對(duì)青藏公路沿線多年凍土進(jìn)行了穩(wěn)定性區(qū)段劃分，劃分結(jié)果可為制定區(qū)段路基設(shè)計(jì)原則提供依據(jù)?！　∏嗖毓范嗄陜鐾谅范温坊『χ饕胁痪鶆虺料莺涂v向裂縫兩大類。路基沉陷與凍土融化有關(guān)，縱向裂縫與季節(jié)活動(dòng)層凍融有關(guān)，兩類病害的發(fā)生、分布受凍土穩(wěn)定程度、路基高度、路基坡向及地表排水條件影響明顯?？v向裂縫根據(jù)形態(tài)、變形特征及分布位置可以分為路面邊緣帶沉陷性弧狀裂縫、路肩沉陷性縱向裂縫、路面中間帶張性縱向裂縫三大類，其中路面中間帶張性縱向裂縫進(jìn)一步可細(xì)分為單縫張裂式和雙縫塹式，對(duì)公路破壞和行車安全影響最大的是路面邊緣帶沉陷性弧狀裂縫和路面中問(wèn)帶張性縱向裂縫?！　「鶕?jù)多年凍土區(qū)域分布及變化的規(guī)律結(jié)合道路工程穿越范圍廣大的特點(diǎn)，多年凍土路基設(shè)計(jì)原則按范圍和深度分為區(qū)段設(shè)計(jì)原則和場(chǎng)地設(shè)計(jì)原則，區(qū)段設(shè)計(jì)原則用于初步設(shè)計(jì)階段的較大范圍路段設(shè)計(jì)，場(chǎng)地設(shè)計(jì)原則適用于施工圖設(shè)計(jì)階段的重要結(jié)構(gòu)物或重點(diǎn)路段路基設(shè)計(jì)。區(qū)段設(shè)計(jì)原則根據(jù)地質(zhì)條件、氣溫和地溫狀況、凍土天然及人為上限埋深確定，場(chǎng)地設(shè)計(jì)原則根據(jù)工程類型、凍土含冰類型、地基土類、人為上限深度確定?！　÷坊鶞囟葓?chǎng)有限元數(shù)值分析表明，凍土溫度(穩(wěn)定狀況)、路基高度、路線走向是路基下凍土人為上限形狀和位置的重要影響因素，三者對(duì)路基融沉、縱向裂縫的形成與分布共同起著重要影響。通過(guò)路基溫度場(chǎng)與路基病害分布分析，本文認(rèn)為，多年凍土地區(qū)路基臨界高度應(yīng)包括下臨界高度和上臨界高度，下臨界高度以控制路基融沉為目的，上臨界高度則以控制縱向裂縫為目標(biāo)，并提出了青藏公路不同穩(wěn)定類型凍土區(qū)段的路基上、下臨界高度。　　分析表明，隔熱板、通風(fēng)管、塊石路基都具有保護(hù)路基下多年凍土、降低路基高度和防治路基融沉與縱向裂縫的作用。隔熱板路基暖季隔熱效果明顯，冷季則具有阻止路基散熱的副作用，總體來(lái)看仍是正面作用大于副作用。通風(fēng)管和塊石路基具有冷季散熱(吸收“冷能”)，暖季吸熱的作用，但其冷季散熱功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于暖季吸熱。論文對(duì)隔熱板、通風(fēng)管、塊石層的工程設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析，闡述了其適用條件?！　?

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