块石护坡在多年冻土区路基工程建设和维护中已得到广泛应用。近年来，有关块石护坡的降温效能存在一些争议，尤其是在高温冻土区其能否抵御气候变暖的不利影响这一问题引起了学者的关注。基于青藏铁路近20年现场观测数据和数值模拟预测，探讨气候变暖背景下高温冻土区块石护坡路基50年内的热状况演化规律以及天然场地高温冻土退化过程。结果表明：块石护坡路基能够有效抬升人为冻土上限，路基运营20年后人为冻土上限较原天然上限仍有近2 m的抬升；路基运营20年内，浅层冻土地基存在明显升温过程，导致人为上限以下形成厚度达6～8 m的高温冻土层，其压缩和蠕变变形可引发量值可观的路基沉降变形；在50年气温升高2.6℃情景下，路基运营30年后人为冻土上限下降至同期天然场地冻土上限水平，此后路基人为上限与天然冻土上限同步下降，会进一步引发显著的路基沉降变形。对于高温冻土区块石护坡路基而言，依据路基热状况和变形发展过程，适时采用如热管类的补强措施是必要的。

气候变暖的背景下,青藏铁路冻土路基稳定性面临严峻挑战,主要表现为路基出现沉降、开裂等病害。本文通过分析青藏铁路多年冻土区K1496+750路基断面地质条件,对本断面路基沉降产生原因进行分析,并通过分析长周期的变形监测数据,讨论了路基采取块石护坡和热棒等防护措施的作用效果,为多年冻土区路基病害防治提供借鉴。

对青藏铁路冻土路基的设计思路为主动降温,冷却路基的设计理念得到广泛的认同。对比了楚玛尔河地区不同冻土路基的实测地温资料,结果表明:普通填土路基下多年冻土的融化趋势明显,必须及时采取保护措施;块石厚度较薄的块石路基有一定的保护多年冻土的作用,但效果不明显,建议补充块石护坡形成U形块石路基;块石护坡路基能够发挥降低地温、保护多年冻土的作用,具有主动冷却路基的良好效果。

通过室内模拟多年冻土区太阳辐射及风作用的试验条件下,对粒径为15～20 cm的开放块石护坡降温特性进行研究。结果表明,开放块石护坡具有良好的降温效果。在块石护坡表面周期平均温度为正的条件下,护坡下的土体表层周期平均温度在第二个试验周期能够降至0℃以下,并且随着时间推移,土温继续呈下降趋势。同时,通过分析开放块石护坡内的温度场分布,可以发现,在环境气温最低时,块石护坡中部形成的封闭环状低温区相当于一个"冷源",块石层内的能量传递以受迫对流-强化传热为主,并由此达到降温制冷目的,冷季吸收的冷量足以抵消暖季输入的热量,使得开放块石护坡的下伏土体在暖季仍能基本保持冻结状态。因此,在太阳辐射强烈、年平均气温为负并且多风的青藏高原多年冻土区,开放块石护坡可作为一种保护冻土路基长期稳定的措施。

开放块石护坡路基是青藏铁路所采取的冷却地基保护冻土的一种主要措施。针对青藏铁路北麓河试验段现场的气温条件和地质条件,对北麓河试验段开放块石护坡路基在昼夜间和冷暖季的温度场、速度场和热流量进行分析和研究,探讨其降温机制。研究结果显示,块石护坡在暖季夜间存在一定的降温效果;块石护坡暖季由于遮阳作用存在热屏蔽效应,冷季放出的热量大于暖季吸收的热量,有利于保护冻土;块石护坡的主要换热方式是强迫对流换热,自然对流换热较少;块石护坡降温效果产生的主要机制是块石护坡的遮阳作用和块石护坡内空气在昼夜间、冷暖季流动速度的差异而引起的不平衡强迫对流换热。

块石护坡路基是青藏铁路建设中一种有效的冷却地基保护冻土工程措施.考虑高原夏季夜间冷空气对块石护坡路基温度场的影响,对青藏铁路北麓河块石护坡试验路基夏季某一整天的温度场、热流量和热流密度进行了分析,研究块石护坡路基昼夜间热传递特性.结果表明:块石护坡路基在夏季白天吸收热量,在夜间冷空气的作用下路基释放一部分热量,说明夏季夜间存在一定的降温效果.另外考虑一年内冷暖季块石护坡的热传递差异,对块石护坡路基冷暖季的温度场、热流量和热流密度变化情况进行研究,探讨其冷暖季热传递特性,结果显示:块石护坡路基暖季处于吸热状态,冷季处于放热状态;从一年的热流量变化看,块石护坡路基冷季的放热量大于吸热量,路基储存冷能有利于保护冻土.

笔者提出的新型块石护坡—遮阳板块石护坡是一种人造自然对流换热的主动冷却地基的工程处理措施。块石护坡内部流体的自然对流换热可看作多孔介质的传热传质问题。本文基于大孔隙多孔介质的自然对流与传导方程,对护坡层厚度、路基高度、块石粒径的合理取值进行了系统数值试验研究,并在此基础上提出了优化设计原则与方法。

块石护坡调温路基是多年冻土区铁路设计中所采取的一种积极保护冻土的措施,该调温过程包括暖季的热屏蔽作用和冷季的对流降温两个方面。根据现场观测资料,对两种不同粒径的块石层下地温热状况给予了初步分析。结果表明,暖季小块石层(粒径为50～80mm)的热屏蔽作用要优于大块石层(粒径为400～500mm),而冷季大块石层的对流降温作用要强于小块石层;综合一个暖冷季循环周期来看,大块石层的调温效果要好于小块石层。块石护坡路基下0℃等温线大部分已基本接近原天然地表。初步认为,此种发展趋势有利于路基的稳定。