为了研究保温护道对拓宽路基温度场的先期影响,根据青藏公路保温护道试验路观测数据,对冻土地温和冻土上限变化过程进行分析,通过建立拓宽路基有限元模型,在考虑护道对冻土层产生先期影响的基础上,计算路基拓宽对路肩下多年冻土热稳定性的影响。结果表明:阳坡侧的保温护道加速了下伏冻土层的退化,高温冻土区阳坡侧的护道对冻土层的影响大于低温冻土区,阴坡侧护道对冻土层热稳定性影响较小;阳坡侧护道对冻土层产生预融效果,使得阳坡侧路基拓宽后路肩下冻土上限未出现明显下降,产生一种预拓宽的效应,对拓宽路基稳定性有利;阴坡侧护道对路基拓宽热稳定性影响较小,无论先期有无护道,路基拓宽后路肩下冻土上限变化过程无明显差异。

为了研究深上限-退化型多年冻土路基变形特点,基于青藏公路多年冻土路基地温和沉降现场监测资料,通过分析西大滩、唐古拉山北坡以及唐古拉山南坡路段的土质、冻土含冰量、冻土地温以及路基沉降变形数据,对冻土上限变化过程与路基沉降特点进行了研究,同时对沱沱河和清水河地区冻土路基分层沉降观测结果进行了分析。结果表明,土质和含冰量对退化型冻土路基的沉降变形影响较大,深冻土层的融化对路基沉降变形影响较小,退化型冻土路基的沉降变形主要发生在退化后的冻土层中,退化冻土层在冻融循环过程中,需要较长时间才能完成固结。对于冻土含冰量为少冰、多冰的稳定路段,退化冻土路基年平均沉降速度约为3.9～5.6 mm/a,路基沉降量极小;对于含冰量较高且土质以粉黏性颗粒为主的不稳定路段,路基沉降速度具有持续性和无减缓性的特点,路基年平均沉降量达到0.03 m/a,路基变形表现为整体均匀沉降,横向差异沉降量较小。

针对青藏公路多年冻土区极端恶劣的自然地理条件及黑色路面强吸热作用引起多年冻土融化下沉的特点,采用硅藻土对青藏公路改建完善工程中使用的AH-110#道路石油沥青进行了改性研究,对改性沥青及沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等路用性能进行了评价,对硅藻土改性沥青的隔热性能进行了试验分析。研究结果表明:硅藻土改性沥青混合料的低温抗裂性、高温稳定性、水稳定性等路用性能均有所改善,隔热性能得到明显提高;铺筑的试验段病害率明显低于SBR改性沥青路段,表明硅藻土改性沥青在多年冻土地区具有良好的适用性。

基于国道214不同试验路段的地温监测资料,对沿线沥青、水泥路面下路基的浅层温度差异、年平均温度差异及路面对路基温度的影响深度等进行了分析,并根据分析结果开展模拟分析。结果表明,沥青路面与水泥路面下路基浅层温度差异存在着明显的季节性差异。路面类型对路基下多年冻土的影响深度基本在路面下8 m以内。通过模拟分析得出了相同条件下沥青和水泥2种路面类型下路基融化核形成的时间差异,路基下最大融化深度随路基运营时间和路基高度的变化规律,以及沥青和水泥2种路面下多年冻土最大融化深度的差异及其发展规律等。可以根据研究结果提出一些有效的措施来保持路基的热稳定性。

以空心块通风路基为研究对象,分析比较了空心块通风路基试验路与普通填土路基的热流密度、冻土地温以及冻土上限的变化过程,建立基于显热容法的有限元计算模型,对空心块通风路基长期调控效果进行预测,并与普通填土路基温度场进行对比分析。结果表明:空心块通风路基年平均热流密度为0.11 W·m-2,表现为放热状态,普通路基年平均热流密度为-0.91 W·m-2,表现为吸热状态;空心块通风路基在冷季时的散热量大于暖季时的吸热量,路面下3.0～3.5 m处年热量收支为1 414 kJ·m-2,在观测期内冻土上限提升了2.5 m,降温效果明显;长期降温计算结果显示空心块通风路基能增加多年冻土层蓄冷量,增强路基下伏多年冻土层的热稳定性。

通过漠北公路沿线各试验段不同冻土条件和工程措施下各层土体沉降变形状况,分析东北高纬度岛状多年冻土区路基沉降变形主要发生土层部位及其破坏原因。分析结果表明:路基施工完成后早期路基变形较大,主要由工后不均匀沉降变形引起,变形主要由原天然地面下季节活动层的沉降压缩变形等引起,由于运营时间较短,由多年冻土融化引起的沉降变形很小。路基沉降变形主要发生在暖季,在冷季(11月～次年6月)路基基本保持稳定,变形很小。路基整体变形状况与冻土含冰量、冻土地温有一定的关系。高温多年冻土区比低温多年冻土区变形大。

为探讨东北高纬度岛状多年冻土区路基路面病害原因,对漠北公路沿线冻土路基不均匀沉降变形状况进行了分析。基于漠北公路沿线不同冻土条件和工程措施下各层土体沉降变形状况,探讨路基沉降变形主要发生的土层部位、路基沉降变形破坏原因等。分析结果表明:路基施工完成后早期路基变形较大,主要由工后不均匀沉降变形引起,变形部位主要发生在原天然地面下季节活动层;由于运营时间较短,由多年冻土融化引起的沉降变形很小。路基沉降变形主要发生在暖季,在冷季(11月～次年6月)路基基本保持稳定,变形很小。路基整体变形状况与冻土含冰量、冻土地温有一定的关系。高温多年冻土区比低温多年冻土区变形大。

由于热棒路基具有良好的降温效果,在青藏公路多年冻土区得到了应用,但是关于热棒路基设计参数的选择,目前主要还是基于工程经验。笔者根据青藏公路楚玛尔河地区热棒路基的现场观测资料,详细给出了热棒一个工作周期内的产冷量及实际耗冷量的计算方法。在设计时可根据路基的使用年限和所要求的上限抬升值求得其耗冷量,选取合适的安全系数可进一步得到产冷量,由产冷量与设计参数的关系式,从而确定热棒的间距和基本参数(蒸发段长度、散热面积、直径)。

对青藏高原黏土在温度为-0.5～-6.0℃,含水率为30.0%～80.0%条件下,进行了一系列的三轴抗压强度试验,分析了不同加载条件下高含冰量冻土的强度随围压、温度和初始含水率的变化规律。研究发现,其力学性质与初始含水率和温度有密切关系,在温度低于-1℃时存在最不利含水率。同时发现相同温度下,强度随围压变化不大,故可以用Mises准则作为其强度准则。给出了随温度、含水率变化时,高含冰量冻土的Mises准则的表达式。采用塑性功作为硬化参数,得到了高含冰量冻土的弹塑性本构模型。与试验值对比表明,该模型能够比较准确地反映高含冰量冻土的应力应变规律。

通过分析多年冻土区典型公路G214沿线不同冻土条件下沥青和水泥混凝土路面病害状况,对两种路面类型的路面病害分布规律及其差异进行了分析,并就当前多年冻土地区两种类型路面的适应性问题进行了探讨。在路面病害分析过程中,采用现场踏勘的方法首先对路面病害类型、病害程度等进行调查和统计,然后就两种路面类型病害分布差异及产生原因进行了分析和讨论。最后通过分析得出多年冻土地区两种类型路面的病害分布规律差异状况,以及在多年冻土地区两种类型路面的适应性差异。