准确掌握高纬高寒地区冻土路基地温特征规律是提高公路使用寿命的关键。本文以实际工程为依托,选取代表性路基试验断面,对其工后一年内的地温环境进行试验观测,发现岛状冻土路基年周期性地温变化具有明显的"冻结-恢复-融化"阶段性特点,路基各土层的升、降温拐点及地温变化范围均存在着较大差异;试验结果的对比分析表明:路基各土层对大气温度的热敏感程度随冻土上限覆土厚度的增加而逐渐减弱,当冻土上限覆土厚度≤7 m时,含冰量对填土层地温环境的影响弱于覆土厚度;当冻土上限埋深超过5 m时,在退融状态下冻土上限处地温随含冰量的增加而降低,在冻结状态下则与之相反。
大、小兴安岭等高纬高寒地区,由于区域内多为退化性岛状多年冻土,其公路建设难度主要取决于冻土路基的热稳定状态,准确分析岛状冻土路基竖向热位移的发生及发展特点,是提高公路使用寿命,保证公路使用安全的前提.以小兴安岭地区前嫩公路为对象,选取代表性冻土路基试验断面,通过对工后一年内路基土体竖向位移进行试验观测,发现岛状冻土路基年周期性竖向热位移具有明显的阶段性特点,冻土上限处的冻、融状态对路基各土层的竖向变形有着较大影响,根据试验结果的对比分析,揭示了冻土上限覆土厚度、含水率及地基处理方式等主要影响因素对路基竖向热位移的作用效果.
在多年岛状冻土区,公路的走向会使路基两侧坡面及其下伏土层的地温环境存在较大差异,从而导致路基结构发生不均匀热变形,继而引发纵向开裂、热融沉等严重的路基病害,直接威胁行车安全。掌握该类路基坡向性差异特征是提高公路设计质量,改善路基热稳定性的前提,因此,以实际工程为载体,采用有限元数值模拟方法,通过在路基两侧坡面施加差异性热流密度,对高纬高寒地区多年岛状冻土路基的坡向性热效应展开研究,研究结果表明:路基热稳定性会随着坡面热差异的增大而发生不均衡性变化,依据差异性热流密度条件下的路基位移场热响应情况,揭示了多年岛状冻土路基在不同状态下的坡向性热变形特征及可能诱发的路基病害。
多年岛状冻土区公路工程的主要问题是由于地温环境的变化,导致路基土体的热力学性质及路基内的"冰—水"相构发生改变,从而引起较大的竖向变形,直接威胁行车安全,掌握该类路基竖向位移的热响应规律是提高路基热稳定性的前提条件。因此,本文以实际工程为依托,采用有限元数值模拟方法,对其工后1a内的竖向热位移进行瞬态模拟分析,并与实测数据进行对比验证,提出了年周期内岛状冻土路基的竖向热位移发展过程可划分为:冻结阶段、恢复阶段和融沉阶段,并根据数值模拟结果,揭示了各阶段路基竖向热位移的变化特征。
在多年岛状冻土区由于地温环境的变化,导致公路路基为达到新的热稳定状态而不断发生自适应结构变形。当路基的侧向变形过大时,就会引发边坡滑塌、纵向开裂等严重的路基病害,从而直接影响公路的使用安全。掌握该类路基侧向位移的地温响应规律是提高公路设计质量的基础前提,因此,文中以实际工程为依托,采用有限元数值模拟的方法,对工后一年内的路基侧向位移进行了瞬态模拟分析,通过现场实测对比,提出了高纬度地区多年岛状冻土路基侧向位移的年周期性地温响应过程可分为冻结、过渡和融化3个阶段,并根据数值模拟结果,揭示了各阶段路基侧向位移的地温响应特征。
多年岛状冻土区公路工程的主要问题是由于永冻土的不断退化,导致公路路基产生较大的不均匀变形,从而引发热融沉、路基纵裂及冻胀变形等严重的路基病害,掌握该类路基地温场的活动规律是解决其热稳定性问题的前提条件。因此,本文以实际工程为依托,采用有限元数值模拟方法,对其工后1 a内的路基地温场进行瞬态模拟分析,并与实测数据进行对比验证,从而提出了高纬度地区多年岛状冻土路基的年周期性的地温变化过程可分为冻结、过渡和融化3个阶段,并根据数值模拟结果,揭示了各阶段路基内地温分布特征、影响因素及变化规律。
退化性岛状冻土连续性差,退融速率快,冻土路基病害较为严重。掌握该类路基随地温变化的变形规律,就可从根本上解决其热稳定性问题。为此,建立了该类冻土路基位移场的理论分析模型和有限元模型,并以实际工程为依托,通过对工后1 a内路基地温场、位移场的数值模拟及实测分析,提出了退化性岛状冻土路基位移场的周期性地温响应规律及"热缩"效应。研究结果表明:在一个周期内,该类冻土路基位移场的地温响应过程可分为冻胀、压缩及融沉3个阶段。其中冻胀与压缩阶段,地温变化对路基热稳定性影响较小,而融沉阶段产生的融沉位移对路基稳定性影响较大,且较地温变化有一定的滞后时间,当地温环境由升温状态向降温状态转变时发生,在此期间应加强对路基冻土的保护和监测。
伊嘉公路岛状冻土路基沉降主要来自多年岛状冻土蠕变变形;在原有来多年岛状冻土修建路基后,改变原来冻土受力状态,冻土层受到附加力作用产生蠕变变形;通过观测可知这种蠕变变形在短期内没有稳定的趋势;通过沉降趋势的了解,可进一步认识冻土蠕变变形机理及发展规律,同时对路基沉降等问题的防治具有一定的参考价值。