传统道路工程中的排水和隔热措施通常为独立设计，难以兼顾黄土路基的水分管理与温度调控需求。为此，本文提出一种复合排水隔热系统，用于防治路基水毁、冻胀融沉等工程问题。结果表明：在降雨条件下，系统层上土体体积含水率维持在26.27%～27.38%,未出现饱和现象，且系统层下无水分渗透，表现出较好的排水性能；在冻结条件下，系统层下温度稳定在0.5℃左右，层下土体质量含水率基本保持初始水平，表现出良好的隔热性能。研究结果可为黄土地区道路工程的稳定性研究提供一定的借鉴。

为准确客观地评估多年冻土公路路基稳定性，构建了以冻土特性、地质环境、气候条件和工程状况为准则层，包含12个指标的评价体系。选取7个区间的多年冻土公路路基作为样本，通过G1法和熵权法分别计算各指标的主、客观权重，并采用博弈论方法确定各评价指标的综合权重。通过物元变换构建了冻土公路路基稳定性等级的物元体系，计算各指标的关联度。将博弈论组合赋权和物元可拓模型相结合，构建了一种新型的多年冻土公路路基稳定性评估模型，对7个区间多年冻土公路路基的稳定性进行评估。结果表明：年平均地温、工程措施、路基高度、年平均气温和含冰量是影响冻土稳定性最主要的因素；基于博弈论组合赋权和物元可拓模型的多年冻土公路路基稳定性评价方法，克服了G1法赋权中主观随意性带来的偏差，同时也避免了熵权法过于依赖指标数据而忽略指标重要性的问题，这使得多年冻土路基稳定性评估中的指标权重更加科学合理；评价结果与实际路基的变形监测数据吻合度较高，验证了该模型的科学性和有效性。

冻土物理力学特性与温度密切相关,气候变暖背景下冻土路基地温场的分布和演化规律不仅会影响到路基的静力稳定性,还会影响到其在地震、车辆等动力荷载作用下的响应特征与稳定性。为此,基于现场实测路基坡面温度,系统开展气候变暖背景下青藏高原典型(东西、南北、45°)走向条件下冻土路基地温场分布及演化规律的模拟研究。结果表明,阴阳坡侧浅层土体冻结指数差异较融化指数差异更为显著,东西走向下阴坡冻结指数约为阳坡的2倍,而融化指数约为阳坡的0.83。阴阳坡侧路基本体及活动层季节冻融过程存在明显不同步,东西走向条件下阴坡冻结期(融化期)可较阳坡侧长(短)约1个月。路基修筑后,阴坡一侧路基下部人为上限均有一定的抬升,而阳坡仅南北走向有抬升。此后,在气候变暖及沥青路面吸热效应下,路基人为上限不断下降,最大速率可达20cm/a,且逐步出现融化夹层,其中阳坡融化夹层厚度普遍大于阴坡,差值最大可达2.5m。路基本体季节冻融过程的不同步、人为上限埋深及冻土地温分布的不对称性应在未来青藏高原冻土路基静力、动力稳定性设计和研究中予以考虑。

通过对多年冻土区道路路基稳定性的分析和研究,从冻土类型、温度、厚度、地质地貌单元以及工程条件5个方面选取了12项对多年冻土区路基稳定影响较大的因素作为评价指标,建立了冻土路基稳定性评价指标体系。基于安全可靠度并考虑各个影响因素之间的关系,运用层次分析法和模糊数学理论确定冻土区路基稳定状况的模糊综合评价模型,提出了基于安全可靠度的用于评价多年冻土区路基稳定的模糊综合评价方法,并结合青藏公路清水河段进行实例分析,结果表明,在该段公路实施热棒处理措施前后,其路基稳定性评价系统可靠度分别为0.48和0.55,与该段公路实际运营过程中路基稳定状态相一致,即由不稳定到稳定,进一步对布设热棒后路基稳定性进行二级模糊综合评价,其评价系统得分为63.74分。

在青藏铁路北麓河试验段设置试验断面,对地温及热流量进行观测,研究青藏铁路道砟层对路基下伏冻土热状况的影响。研究分析表明:道砟层在暖季阻止外部热量进入下伏冻土,冷季阻止路基内部热量扩散,且道砟层在暖季保温效果明显,而在冷季其降温效果并不明显;相同深度处道砟层下土体的年平均温度比砂砾路面下土体的年平均温度约低2℃;道砟层对路基下伏冻土起降温效果主要是因为其在暖季屏蔽了大部分外界热量,促使道砟层下土体年总热量收支呈现负值,从而起到很好的降温效果。因此,铺设道砟层有利于冻土路基的热稳定性。

高温高含冰量冻土地区,青藏铁路采取了冷却路基、降低多年冻土温度的工程措施.然而青藏铁路仍有大量路段未采用任何工程措施,因此修筑普通路基后冻土变化也是普遍关心的问题.根据青藏铁路普通路基下部土体温度监测的近期结果,分析了季节冻土区、已退化多年冻土区和多年冻土区路基下部冻土变化特征.结果表明,不同区域修筑普通路基,其下部土体温度、最大季节冻结深度、多年冻土上限等存在较大的差异.在季节冻土和已退化多年冻土区,右路肩下部(阴坡)已形成冻土隔年层;在多年冻土强烈退化区,其路基下部形成融化夹层;在高温多年冻土区,其路基下部上限存在抬升和下降,上限附近土体温度有升高的趋势.在低温多年冻土区,其路基下部上限全部抬升,上限附近土体存在"冷量"积累,有利于路基下部多年冻土热稳定性.因此,低温多年冻土区修筑普通路基后,冻土变化基本是向着有利于路基稳定性的方向发展,在其它地段修筑普通路基,冻土变化是向着不利于路基稳定性的方向发展的.特别是阴阳坡太阳辐射差异,导致了土体热状态和多年冻土上限形态产生较大的差异,这种差异将会对路基稳定性产生一定的影响.

根据青藏铁路北麓河试验段路堤、路堑过渡带近5年来的地温和变形监测资料,分析挖方段、零填段及填方段的冻土上限变化和路基变形特性。研究结果表明:挖方段,2002和2004年的多年冻土人为上限均为1.6 m,相对原天然上限下降量为0.5 m,但在2005年冻土上限有所回升,其变形主要表现为路基换填土层的固结变形;零填段,冻土上限上升量较大,2005年上升量达2.5 m,其变形主要来自活动层的压密变形;填方段,冻土上限有所上升,2005年上升量为0.7 m,其变形主要为天然上限以下冻土层的压缩及蠕变变形;到2005年12月,此过渡带路基均没有发生融沉变形,路基热稳定性好;从总沉降变形量来看,路堤断面变形量最大,零填断面变形量次之,路堑断面变形量最小,2004年11月后,总变形已基本趋于稳定。路基纵向变形比率最大为1.3∶1 000,小于线路设计坡度的3∶1 000,路基纵向沉降变形比较均匀,路面平顺性较好,能满足列车安全行驶的要求。

根据青藏铁路路堤、路堑过渡带冻土路基分层沉降变形现场监测资料,笔者分析了路基变形的来源及机理。研究结果表明,路堑段,路基沉降变形主要来源于路基换填土层的固结变形;零填段,路基沉降变形主要来源于路基基底以下至原冻土上限之间活动层的压密变形;路堤段,路基沉降变形主要来源于高温-高含冰量冻土在较高附加应力作用下产生的压缩及蠕变变形,该变形在目前尚无明显衰减趋势,且相同时期各层沉降量明显比路堑段及零填段大,必须引起注意;最后从国内外研究现状讨论了系统开展高温-高含冰量冻土区路基变形研究的必要性和紧迫性。

根据车载下冻土路基受力特征,应用虚拟裂纹的概念,并考虑了冻土特有的冰体胶结力作用,提出了路基稳定性的二维模型。应用断裂力学理论,对车载下路基简化模型进行理论推导,建立了在车载及胶结力作用下的路基破坏过程的计算公式,可以计算路基破坏的特征参数,为路基稳定性设计提供参考和依据。在计算方法上采用了半解析有限元法,即计算车载引起的破坏用有限元法,计算胶结力引起的破坏用解析法,然后将二者结合起来计算整个破坏过程。给出了数值算例,计算了不同土质的破坏过程及特征值,与理论预测值相符,说明了方法的有效性。

结合实际工程课题 ,对多年冻土地区不同结构尺寸的碎石护坡对抬高人为上限维护路基稳定性作用差异进行了探讨 ,并初步提出了碎石护坡最佳结构尺寸。