氣候變暖條件下多年凍土區(qū)公路路基變形穩(wěn)定研究.pdf

1、隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的深化推進(jìn)以及國(guó)家“十三五規(guī)劃”、“一帶一路”等政策的陸續(xù)推出，可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)幾年乃至十幾年，中國(guó)西部地區(qū)交通事業(yè)的建設(shè)將迎來(lái)新一輪高峰。而在西部山區(qū)分布大量的多年凍土，其中青藏高原分布的多年凍土就約占全國(guó)多年凍土總面積的80％。因此，在公路修建的過(guò)程中，由于受到線形指標(biāo)等因素的影響，不可避免的要穿越一些多年凍土地區(qū)。與此同時(shí)，在全球氣候變暖的大背景下，極端突變氣候頻發(fā)，而傳統(tǒng)的凍土區(qū)公路設(shè)計(jì)并未考慮極端氣候突變變暖（定

2、義:文章題目表述的“氣候變暖”指的是“短期內(nèi)極端氣候突變變暖”，以下及正文中簡(jiǎn)稱為“氣候變暖”）這一因素對(duì)路基的影響，而這一因素又是事實(shí)存在的。本文以2007、2008年在挪威、瑞典多年凍土地區(qū)的發(fā)生的兩例冬季極端氣候突變變暖事件為依據(jù)，在研究?jī)鐾了?熱-力三場(chǎng)耦合模型的基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、理論分析、數(shù)值模擬等研究方法，以新疆G580線和田至康西瓦公路工程為依托，選取多年凍土區(qū)一典型斜坡斷面，采用COMSOL Multiphysics

3、仿真軟件分別考慮氣候在短期內(nèi)突變變暖5℃、10℃、15℃三種工況對(duì)該路基斷面的溫度場(chǎng)、水分場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)及路基的穩(wěn)定性變化過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，得出多年凍土公路路基在氣候變暖條件下的變形及穩(wěn)定性變化規(guī)律，最后，針對(duì)氣候變暖可能會(huì)導(dǎo)致多年凍土區(qū)公路路基產(chǎn)生的過(guò)大變形、病害及穩(wěn)定性問(wèn)題，提出了適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)路基的工程措施，全文研究主要得到以下成果:
　　(1)多年凍土區(qū)斜坡路基由于路基本身橫向幾何的不對(duì)稱性，造成了路基溫度場(chǎng)的不對(duì)稱性，氣

4、候變暖會(huì)引起多年凍土路基0℃等溫線迅速下降，隨著氣候變暖幅度的增加，0℃等溫線下降幅度成遞增趨勢(shì);路基兩側(cè)路肩對(duì)氣候變暖的響應(yīng)敏感性要高于地表其他各點(diǎn)。
　　(2)氣候變暖對(duì)多年凍土區(qū)路基內(nèi)部淺層土體含水率變化影響較大，對(duì)路基內(nèi)部深層土體含水率變化影響則較小;對(duì)于斜坡路基，氣候變暖會(huì)導(dǎo)致凍土融化成液態(tài)水并在重力勢(shì)及水分遷移作用下發(fā)生下滲，最終在斜坡坡腳積聚，極易造成斜坡坡腳位置泥漿過(guò)分飽和而產(chǎn)生外溢現(xiàn)象。
　　(3)氣候變暖

5、會(huì)導(dǎo)致斜坡路基坡腳凍土迅速融化，由于融化深度差異產(chǎn)生的應(yīng)力極易導(dǎo)致路基邊坡及坡腳產(chǎn)生縱向開(kāi)裂。
　　(4)多年凍土路基的變形主要以融沉變形為主;受氣候變暖影響，靠近斜坡坡面?zhèn)嚷坊Q向融沉變形要高于背離斜坡一側(cè);氣候變暖15℃將導(dǎo)致的路基縱向變形差異達(dá)到2.8cm，橫向變形差異達(dá)到1.7cm，極易導(dǎo)致路基產(chǎn)生不均勻沉陷和縱向裂縫等病害。
　　(5)多年凍土斜坡路基在凍結(jié)狀態(tài)的穩(wěn)定性系數(shù)要高于融化狀態(tài);隨著氣候變暖幅度的增加，多