为了探索高寒地区沥青路面铺筑短期对冻土层温度场的影响，通过对路面各结构层材料进行热传导试验和碎石空隙率试验，得出不同结构层的热力学参数，通过有限元方法建立二维冻土温度场模型，分析了沥青路面在4月、7月和10月份铺筑短期对冻土温度场的影响规律。结果显示：沥青路面铺筑短期的热效应使得冻土温度场呈梯形分布。其中，7月份铺筑路面造成冻土层温度上升最高可达2.13℃,冻土0℃等温线下降深度大于0.78 m,最不利于冻土的温度稳定性。为此，基于弯沉等效思想在路基顶面通过铺设碎石层进行温度改善和刚度补偿设计，结果显示：铺设1.0 m厚的碎石层，路基和冻土层温度下降1.89～27.22℃,0℃等温线抬升0.54～1.95 m,路基顶面当量回弹模量可提升至125～180 MPa,以上可为高寒冻土地区的公路建设提供参考。
为解决多年冻土地区路基的融沉变形,防止冻土上限进一步下降,应用碎石路基主动保护冻土,是目前兴起的一种新措施。依托平行于青藏公路的试验工程,动态监测路基内温度,通过现场测试结果分析普通路基与碎石路基内的温度变化,揭示碎石路基的降温效果。结果表明,碎石路基具有一定的降温效果,适于在多年冻土地区应用。
为了研究碎石层保护冻土地区路基的效果,将碎石路基视为多孔介质,从多孔介质对流理论出发,用Bear J摄动法推导了自然对流的发生条件,总结和分析了冷却地基研究成果,就青藏地区的冻土和气候条件,讨论了碎石路基的铺设厚度和粒径,计算厚度为0.96米,并指出了所亟待解决的问题.
通过变渗透率无量纲控制方程的有限元数值方法分析了多年冻土区碎石路堤孔隙空气对流降温效应的发生机理和演化过程.分析表明,碎石路堤的对流降温效应是从两个边坡最先开始形成,逐渐向路堤中间区域发展,随着等温线偏离热传导温度分布位置的畸变程度不断加重,碎石路堤冬季对流降温效果也不断增强.分别给出了在边坡区域和路堤中间区域开始形成自然对流的最小临界Rayleigh数.分析了碎石路堤发生冬季自然对流降温效应的影响因素,并从理论上明确了抛石护坡、碎石护道是确保多年冻土区路基稳定性的有效工程措施.