利用光纤光栅开展了为期两年的季冻土路基永久变形现场监测,考虑了不同场地、不同时段、不同轴载组合对永久变形的影响。监测结果显示:(1)受气温影响,路基温度在正冻期和正融期随时间呈振荡线性变化,在一个冻融循环内,市区监测场地埋深30 cm和75 cm位置,地温变化范围分别为-9.0～14.4℃和-1.9～15.4℃,且随深度增加地温对气温的响应逐渐减弱,滞后性增强;(2)两个监测场地,当路基处于完全冻结状态时,车辆作用下的永久变形均较小,但在正融期,同样车重作用下路基永久变形增大,最大变形是冻结期的4.5倍,是融化期的4.2倍;(3)路基经历了两次冻融循环后,变形仍未稳定,在重载车辆作用下其永久变形仍不可忽视;(4)以轴重40 kN车辆引起的路基最大永久变形为基准,轴重80 kN及250 kN车辆引起的实测永久变形分别增大17倍及215倍,永久变形与轴重非线性关系明显;(5)冻融和重载叠加作用会产生最不利组合,放大路基永久变形,对此需特别关注。

为研究季冻区公路路基在长期交通荷载作用下永久变形的累积规律,首先基于室内试验获取的路基融土永久应变经验公式,提出季节冻土区路基永久变形计算步骤;并通过建立的基层-路基-地基有限元模型,研究汽车轴型、后轴轴重、行车速度和路基融化厚度对正常期和春融期路基应力比和永久变形的影响.计算结果表明:正常期路基的应力比随着埋深的增加逐渐减小,融化路基应力比较正常期大,冻结路基内较正常期小;六轴汽车产生的永久变形大于其他4种轴型汽车;路基内的应力比和永久变形随后轴轴重和路基冻融影响厚度的增加而显著增大;行车速度越低,路基内应力比和永久变形越大.据此提出了季节冻土区长期公路交通荷载作用下路基永久变形预测公式.

基于动三轴试验建立的冻结、融化状态青藏铁路粉质黏土的累积塑性应变模型,考虑路基土体动应力的作用,二次开发适用于青藏铁路高温极不稳定多年冻土区路基长期永久变形的蠕变法则,并在既有的黏弹塑性本构模型将其引入,计算列车荷载作用下青藏铁路路基的永久变形。分析结果显示:(1)列车荷载作用下距离路基顶面不同埋深土体的累积动力永久应变随着等效振次的增加而增加,并且先期的增长速度较快,最终趋于稳定,长期沉降在路基中心处最大,最终在路基距离轨道最远处几乎为零;(2)随着列车速度的增加,路基中心永久变形逐渐增大;(3)随着列车轴重的增加,路基中心永久变形逐渐增大,并且随着埋深的增加,列车轴重对路基永久变形的影响逐渐变小;(4)随着冻结深度的增加,路基表面累积塑性变形呈降低趋势;随着融化深度的增加,路基表面累积永久变形增加。

结合我国季冻土和高速公路分布状况,对重载、超载车辆对季冻土路基造成的危害及致灾机理进行了初步分析.为准确描述重载、超载车辆行驶过程中对路基的作用效果,提出了冲击型荷载的概念.从冻融循环作用对土力学性能影响研究、车辆荷载下路面路基动力响应研究和动荷载下路基永久变形研究3个方面,分析、探讨了季冻土路基在车辆荷载作用下永久变形相关研究成果及发展趋势.