【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】

內(nèi)容簡介

　　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年開始進行試驗工程施工，2002年進行全面施工并在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年的工程實踐考驗。　　凍土區(qū)路基地溫場和變形數(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)計速度的要求。但是未來全球性的氣溫變化趨勢將會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)工程的運營提出新的問題，即路基穩(wěn)定性變化趨勢和路基病害預(yù)警問題，隨之而來的問題還有病害整治技術(shù)問題?！　”疚氖紫葟挠绊憙鐾羺^(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，對青藏鐵路多年凍土區(qū)的工程地質(zhì)條件進行了針對性分析，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，通過對凍土區(qū)路基工程修建經(jīng)過三個凍融循環(huán)過程以后地溫場和變形數(shù)據(jù)的分析，并在此基礎(chǔ)上對未來氣溫升高背景條件下不同類型地段主要路基結(jié)構(gòu)地溫場變化趨勢進行了數(shù)值模擬計算，提出了凍土區(qū)路基工程病害預(yù)測預(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，病害的潛在發(fā)生和發(fā)展是以路基地溫場特征顯現(xiàn)的。　　凍土區(qū)路基穩(wěn)定性發(fā)展趨勢判斷主要依賴于路基地溫場形態(tài)特征的變化，這種變化主要通過凍土區(qū)工程長期觀測形態(tài)的觀測數(shù)據(jù)對以下特殊地溫特征變化進行分析：　　根據(jù)對不良凍土環(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)出來的工程變形和位移。預(yù)警問題關(guān)鍵在于對地表凍土現(xiàn)象(冰錐、冰丘、熱融洼地、熱融湖塘、熱融邊坡)來源及發(fā)展趨勢的觀測，對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?！　β坊v向和橫向一定范圍內(nèi)，自然地質(zhì)營力對地形地貌的改變和發(fā)展趨勢，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路基病害的影響，這些都要通過宏觀觀測及土體力學(xué)性質(zhì)化驗來判斷?！　鐾羺^(qū)路基工程病害整治從根本上講是路基地溫場的控制，從表現(xiàn)上是對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)?！　”疚耐ㄟ^對路基土體冷生過程及其對路基變形影響的研究，認為在冷生過程的各個階段，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，使路基地溫場形態(tài)對稱，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。　　作者通過對工程觀測數(shù)據(jù)分析及建立在工程觀測基礎(chǔ)上的數(shù)值計算預(yù)測結(jié)果綜合研究，認為在青藏鐵路建設(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+片石護坡復(fù)合路基結(jié)構(gòu)、片石層路基和片石護坡路基。但是在開通運營以后條件下整治路基開裂病害的合適措施是片石護坡路基、片石護道(片石層基礎(chǔ)上加寬或一般路基加護道)路基結(jié)構(gòu)。這一點已經(jīng)為目前青藏鐵路開通運營以后整治路基開裂病害的實踐所證明?！　?

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