青藏公路高路基病害的形成及其机理

为研究以纵向裂缝为主的青藏公路高路基病害的形成及其机理,在大量实地调查研究的基础上,分析了高路基病害形成的原因,分析认为高路基病害不仅与融化盘有关,还与融化夹层、冻结核和冻土环境等相关。研究结果表明:高路基病害与路基高度及坡向直接相关;路基高度大于2.5m的路基内高路基病害占总量的75.7%,且阳坡侧病害占总量的66.5%;当路基高度小于临界高度时,融化盘及其偏移是形成路基病害的主要原因;反之,在高温冻土区,融化夹层则是主要因素,而在低温冻土区,冻结核形成的"凸"滑动面与阳坡侧坡脚下融化盘的联合作用引发了一系列高路基病害;施工质量与冻土环境的破坏等构成了影响高路基病害的人为因素;高路基病害的治理应因地制宜,结合病害的形成特点采取不同的治理方案。     

青藏高原多年冻土区公路修筑技术之进展

青藏公路由北向南纵贯青藏高原腹地，昆仑山唐古拉山间平均海拔4500m以上，在公路沿线700多千米范围内广泛分布有全球独一无二的以高海拔高温为主要特征的多年冻土．高原气候变化无常，一日间可经历四季，遭遇雨、雪、冰雹；公路沿线环境恶劣，年平均气温-2℃～-7℃，空气中含氧量不足海平面的50％，太阳辐射量平均高达3600kJ／m^2．多年冻土、高寒缺氧、生态脆弱是高原环境的基本特征．在当今全球气候升温大背景下，高原下伏多年冻土响应进程加快，近20年间冻土平均升温0．2～0.3℃，岛状多年冻土加速消失，高温多年冻土加剧退化，低温多年冻土升温明显，并由此导致冻土区公路工程病害不断发生发展．青藏公路历经50年建设和34年连续科研，通车50年来，历经数次整治改建，并开展长达30多年的连续跟踪观测研究，其作为中国高原冻土区大规模工程建设的开山之作，无疑也成为中国冻土工程研究最大的试验工程．2002年交通部在西部交通建设科技项目中安排开展《多年冻土地区公路修筑成套技术研究》，积极迎对全球气候升温变暖对多年冻土区工程影响的挑战，从冻土工程理论、勘察设计方法、工程稳定措施、冻土工程病害预防养护与工程寿命保障，到高寒缺氧恶劣环境下的生态环境保护等方面开展系统研究，创新、集成了针对中国实际的多年冻土地区公路修筑成套技术，推动了中国冻土工程领域的技术进步，进一步提升了中国公路冻土工程研究的世界领先水平．     

多年冻土区碎石路堤冬季自然对流降温效应的演化机理

通过变渗透率无量纲控制方程的有限元数值方法分析了多年冻土区碎石路堤孔隙空气对流降温效应的发生机理和演化过程. 分析表明, 碎石路堤的对流降温效应是从两个边坡最先开始形成, 逐渐向路堤中间区域发展, 随着等温线偏离热传导温度分布位置的畸变程度不断加重, 碎石路堤冬季对流降温效果也不断增强. 分别给出了在边坡区域和路堤中间区域开始形成自然对流的最小临界Rayleigh数.分析了碎石路堤发生冬季自然对流降温效应的影响因素, 并从理论上明确了抛石护坡、碎石护道是确保多年冻土区路基稳定性的有效工程措施.     

多年冻土区聚苯乙烯隔热公路路基温度场数值分析

为了研究随外界环境条件改变聚苯乙烯(EPS)冻土路基温度场变化特征,运用ABAQUS有限元分析方法,对多年冻土区EPS隔热路基的温度场进行了数值模拟.计算时采用改变EPS铺设位置,模拟路面下多年冻土季节最大融深在路基修筑完工后8a内随时间的变化.通过对计算结果分析得出,在多年冻土区路基中铺设保温材料对路面下多年冻土具有明显的保护作用.当EPS铺设在路堤底部时,路堤温度场分布比较均匀,路堤内部都为正温,在EPS板下,路基温度都为负温,说明EPS有效阻止了边坡和路面传入的热量.因此,如果要修筑EPS隔热路基,应将EPS板铺设于路堤底部.     

改性沥青结合料低温性能评价指标

针对高寒多年冻土区特点，选用基质沥青与丁苯橡胶（SBR）改性沥青，通过测力延度试验进行沥青结合料低温性能多指标评价对比，据此提出韧性比指标与常规技术指标试验、夏普计划（SHRP）动态剪切试验及弯曲粱流变仪试验等不同试验指标进行相关性分析。结果表明：韧性比指标与动态剪切试验、弯曲流变仪试验及常规技术指标有良好的相关性，采用韧性比作为评价沥青结合料低温性能的主要指标合理可行：为保证低温性能，建议多年冻土地区沥青韧性比不宜低于4．5。     

冻土融沉对路面结构力学响应的影响

为研究冻土融沉规律及其对沥青路面结构的影响,结合青藏高原地区实测温度数据,运用数值模拟技术研究多年冻土地区路基温度场变化特性,分析特定温度场条件下冻土路基融沉规律,再以该融沉曲线为路面结构的位移边界,计算了路面结构的融沉附加应力,并与无融沉时的结构响应进行了比较。研究结果表明:冻土路基从表面逐渐向内融化,当外界温度较低时,路基土内部还存在冻土核,当外界温度足够高时,则路基土内部可能全部融化;当融深较大时,固结沉降较大,反之则较小;冻土路基融沉变形曲线近似于抛物线形状,回归建立了路基融沉变形公式,而在此位移边界条件下,路面结构产生附加应力,会对结构产生不利影响。