高速铁路对轨道平顺性具有非常高的要求,在季节冻土区建设的铁路面临着路基冻胀问题,由路基冻胀引起的轨道变形严重影响了高速铁路运行的安全性与舒适性.通过对比其他学者关于路基冻胀的处理与防治方法,提出了采用水泥稳定级配碎石代替普通级配碎石作为基床表层填料,同时在路基边坡铺设保温护坡的方法来防治路基冻胀.根据哈大客运专线季节冻土区的地质及气候条件,采用有限元数值仿真方法分析路基基床表层采用水泥稳定级配碎石和在路基边坡加设保温护坡后对路基温度场的影响.并将分析结果与哈大客运专线的现场实测结果进行了对比,验证了有限元数值仿真结果的可靠性,分析结果表明:在基床表层换填水泥稳定级配碎石,同时在路基边坡铺设3.0 m高、2.5 m宽的保温护坡后可以有效缓解路基的冻胀,与无任何保温措施的普通路基相比,路基中心处的最大冻结深度减小了0.5 m,路肩处的最大冻结深度减小了1.1 m.

埋地管道是减少寒冷地区冬季冻害的常用铺设方式,深入认识埋地管道的水温变化规律可以为减小管道埋设深度、降低管道冻害提供理论依据,对当前季节冻土区农牧民集中式供水工程的推进具有指导意义.采用仿三维数值方法建立了管道水温的计算模型,讨论了含水量、地表温度、管道埋深等6个主要因素对埋地管道最不利水温的影响.分析结果表明,无论上述因素如何变化,管道最不利水温均随输送距离的增加而下降.首先,随着含水量的增加、地表温度的升高以及管道埋深的加深,管道的降温速率不断减小并具有先快后慢的特点;其次,随着管径的减小、流速的降低,管道降温速率增大,且降温速率和流速之间具有近似的倒数关系.另外,随着入口温度的升高,管道降温速率将呈指数形式不断增加.

通过数值方法对多年冻土地区高压电塔热桩基础的稳定性进行了研究.分析了冻土活动层完全冻结和融化时,设计荷载作用下热桩基础的位移变化,并与普通桩基础进行了对比.计算结果表明:在春分日(活动层完全冻结)桩顶水平位移为0.02mm,竖向位移为0.13mm,秋分日(活动层完全融化)桩顶竖向位移为0.31mm,最大水平位移为5.16mm,均小于设计允许值.春、秋分日的热桩荷载位移控制比值的最大值分别为:0.82,0.02均小于1.0,表明水平荷载是杆塔基础设计的控制荷载.在相同荷载条件下春分日热桩桩顶水平位移为普通桩的8%,竖向位移为普通桩的62%,秋分日则分别为普通桩的7.9%和1.4%,可知在冻土地区热桩基础的稳定性明显高于普通桩基础.

政府间气候变化委员会(IPCC)估计, 21世纪全球平均气温将增加1.4～5.8℃. 据预测未来50 a青藏高原气温可能上升2.2～2.6℃. 在建立冻土数值预测模型的基础上, 计算了在两种气温年升温率情景下青藏高原多年冻土自然平均状态50和100 a后可能发生的变化. 预测结果表明, 气候年增温0.02℃情形下, 50 a后多年冻土面积比现在缩小约8.8%, 年平均地温Tcp > -0.11℃的高温冻土地带将退化, 100 a后, 冻土面积减少13.4%, Tcp > -0.5℃的区域可能发生退化; 如果升温率为0.052 ℃/a, 青藏高原在未来50 a后退化13.5%, 100 a后退化达46%, Tcp > -2℃的区域均可能退化成季节冻土甚至非冻土. 预测结果对青藏高原寒区工程规划和建设的辅助决策具有重要意义.