青藏高原脆弱的生态系统以及人类工程活动,加剧了青藏工程走廊线性工程两侧沙漠化、荒漠化发展趋势,尤其冻土块石路基面临日益严重的风积沙灾害问题。以多年冻土区高等级公路块石路基为研究对象,采用数值模拟分析风积沙环境下封闭块石路基的降温性能和长期热稳定性。结果表明:风积沙堆积对封闭块石路基下部土层冻土温度的影响程度高于冻土上限,1.0 m湿沙工况降低冻土温度,0.2 m干沙则增大冻土温度。升温背景下,随年平均气温增加风沙堆积对路基冻土上限影响程度增强,干沙增大冻土融化深度,湿沙抬升冻土上限。随冻土含冰量减小,路基中心冻土上限对气候升温敏感性增加,风沙堆积影响减弱。气候升温和风沙堆积条件下,在年平均气温低于-5.5℃时,宽幅沥青路面封闭块石路基能够满足降温要求,使人为冻土上限保持在块石层内。研究成果可为风沙危害区多年冻土块石路基的病害治理和拟建青藏高速公路块石路基设计提供科学依据。

为研究青藏高原多年冻土区不同路面宽度对路面温度场的影响,在青藏公路楚玛尔河地区进行了现场观测,观测结果初步证明不同的路面宽度吸热量存在明显的差异,并根据五道梁地区气候环境与实际工程,建立了路面结构温度场有限元计算模型,对不同路面结构、路基类型的路面温度场分布特性进行了对比分析,推荐了适宜于青藏高原多年冻土区温度特性的高等级公路路面结构及路基类型。结果表明:路面厚度增大,使路面结构对外界环境的温度敏感性降低,路基顶面温度年振幅减小,减少夏季外部热量向路基内部传递;整体式路基的路面结构层温度高于分离式路基,对原始地表温度场的扰动较大,在冻土地区宜采用分离式路基形式。

为维护多年冻土区宽幅高等级公路的热稳定性及保护下伏冻土,提出了一种L型热管–块碎石护坡保温板复合路基。为研究这种新型路基的降温效果,进行了室内模型试验,试验结果初步证明了这种路基的有效降温能力。为研究这种新型路基的长期效果,采用相关理论,结合室内模型试验的结果,依据青藏高原多年冻土区宽幅高等级公路的气温和地质条件,利用数值方法对有无L型热管的块碎石护坡保温板复合路基的温度特征进行了分析和比较。结果表明:在年平均气温为-4.0℃的青藏高原多年冻土区,考虑未来50 a气温上升2.6℃的条件下,新的复合路基能够从整体上有效降低路基下土体的温度,确保高温多年冻土区宽幅高等级公路路基的热稳定性。

结合国家高等级公路建设发展的需要,就多年冻土区高等级公路建设中可能遇到问题的原因、一些典型工程措施在应用过程中可能导致的问题,以及所应采用对策进行了分析。通过研究发现,冻土地区铁路与公路和高等级公路的热量来源、传热过程、传热强度等均存在本质区别。由此揭示并经实践证明,青藏铁路得到的有益成果将难以直接应用于高等级公路建设中。同时,由于高等级公路黑色沥青混凝土路面更为强烈的吸热和聚热效应以及更高的筑路技术标准,都对冻土区高等级公路建设和安全运营提出了更大的挑战,也对冻土路基调控措施提出了更高的要求。通过对已有路基调控措施的对流、传导、辐射等方面试验结果和实测资料系统分析发现,如果能结合高等级公路热学特性,从工程结构加以改进,或通过不同工程措施的有效组合,或是通过新型工程措施的应用,应是较好解决问题的途径和方向,并就措施改进的方式进行了分析。其研究结果,将对我国高等级公路的研究和设计提供有益指导。

黑北公路岛状多年冻土区特殊的工程地质条件和冻融过程使公路修筑技术研究具有较大的复杂性 ,在此对融沉影响进行了初步探讨。