对伊绥高速公路K44+400K44+575段冻土区实际问题进行CFG桩—筏复合地基承载力与沉降变形研究。通过桩—筏承载力试验得出结论桩低轴力值减小量高达桩顶轴力值的45%左右;由于桩间冻土在CFG桩影响范围内且筏板放热作用导致上部冻土融化冻土侧摩擦阻力降低,使得筏板下的CFG桩桩身轴力向下传递较快,实验用A筏板最大沉降量为1.19 mm。通过有限元模拟得到的桩底反力数据与实验数据对比分析可知二者符合情况良好,证明了有限元计算的合理性;荷载级别到达12级时柱底反力约为65 kN。

为了研究片石层路基结构的冷却效果,在假定气候以百年升温3.4℃的速度在变暖、有典型的阴阳坡效应、夏季竣工的条件下,采用有限元热实单元方法,进行了数值仿真。结果表明,片石层路基温度场前10年冷却效果明显,第10年~第40年冷却效果变缓,第40年后温度场趋于稳定,路基沉降趋于稳定值17.1 cm,工后沉降满足规范要求,可见该路基形式有较好的保护冻土,延迟退化的功效。

利用土壤表层温度计算Stefan公式中融化指数,并结合铁路沿线地下冰和土体干密度分布特征,由Stefan公式集合预报未来100a逐年最大季节融化深度;利用铁路沿线地下冰和干密度分布特征计算冻土融化时最大沉降量空间分布,与Stefan公式计算得到的活动层厚度变化数据叠加分析,得到未来100a逐年的沉降量空间分布及其置信区间.根据沉降量大小对青藏铁路沿线多年冻土区进行稳定性分类,用铁路沿线地质勘察结果对预测结果验证,表明模拟结果和目前冻土稳定性有很大的相关性.活动层厚度未来变化总体呈增加趋势,活动层厚度变化和地下冰分布(尤其是上限附近的高含冰量冻土)是决定沉降量变化的两大主要因素.

为了分析在气温升高的状况下冻土退化对东北多年冻土地区路基稳定性的影响,假设气温年增长率为0.05℃,通过ANSYS有限元软件计算了不同地表状况和不同含冰量情况下,多年冻土最大季节融化深度变化,根据不同土质、不同含冰量的融沉系数,计算得到不同含冰量冻土的沉降量。结果表明:在气温逐年升高的状况下,含冰量大的土层沉降量大于含冰量小的土层;天然草皮泥炭对多年冻土的退化有一定的保护作用;人为活动的影响会使沉降量增加,从而对公路及铁路工程路基稳定性产生严重影响。

根据模型试验得到的单桩Ｑ－Ｓ曲线，对在竖向荷载作用下冻土中的等截面竖直桩和锥形桩的破坏模式进行了初步探讨，得出了均质冻土中等截面竖直桩的Ｑ－Ｓ曲线呈陡降型，正常情况下存在着明显的“台阶”，其承载力主要受冻结强度所控制；而锥形桩破坏过程缓慢，极限状态下呈“塑性破坏”特征的结论。此外，还对影响破坏模式的机理进行了分析。