青藏铁路五道梁地区保护冻土路基稳定性措施研究
【摘要】：本文以青藏铁路格尔木-拉萨段五道梁地区五北大桥碎石护坡和片石护道试验段为对象，着重研究碎石护坡和片石护道降低地温、保持冻土路基稳定性的作用效果。
在阐明试验段工程地质条件的基础上，对影响该地区天然状态下多年冻土存在和变化的气温、地热、岩相、雪盖、云量、日照等主要因素，以及影响路基下地层中多年冻土存在和变化的路基回填土高度和阴阳坡等因素进行了分析与讨论。这些因素都是通过影响地温场的变化而对多年冻土施加作用效果。
在阐明冻土冻胀融沉机理的基础上，论述了影响冻土路基冻胀融沉变形最主要的因素是冻土的温度和冻土的含水量。
初步分析了保护路基下多年冻土的工程措施，着重阐述了碎石护坡和片石护道降低地温、保护冻土路基稳定性的原理。
通过对路基实验段地温和路基变形的实测数据进行详细地分析，得出了以下主要结论：
(1) 五道梁地区天然状态下多年冻土的特征及其天然温度场的变化规律是：年平均地温在-2.35～-2.4℃之间；多年冻土的厚度在45～50m之间：最大季节融化深度在2.5m左右。地温变化随着深度的增加存在着滞后性：年温度较差随深度增加而减小；冻土活动层最低温度为-6.74～-7.59℃，出现在12月下旬左右。
(2) 试验段各断面路基下多年冻土的特征及其人为温度场变化规律是：地温等温线向上方突出，并向阴坡方向偏移；测孔内地层冻结时间顺序总是阴坡早于阳坡；最大季节融化深度在1.6～3.9m之间。
(3) 不同结构尺寸的碎石护坡、片石护道，降低地温、保护路基稳定性的作用效果不同，主要体现在：
①当碎石护坡阳坡的厚度小于1.3m时，护坡的降温作用效果很差；当碎石护坡阳坡的厚度达到1.3～1.6m时，就能够保证冰层不融化；当碎石护坡阳坡的厚度大于1.6m时，不仅能够保证冰层不融化，还能够大幅度地抬升冻土上限。
②土护道工程措施能够降低路基下地层温度场，但是施工季节的选择对其降温效果至关重要，最佳的施工季节是在年际气温变化的寒季结束暖季到来之前。
③不同粒径的片石降温作用效果存在着明显的差异：当护道厚度相同时，粒径为10cm和20cm的片石护道效果相差不大，但
西南交通大学硕士研究生学位论文第11页
粒径为20cm的片石降温效果略优;然而，当片石粒径超过3Ocm
时，其降温效果反而很差。
④合理的片石护道结构形式为:片石粒径为10cm或者20cm;
阳坡和阴坡的厚度分别为6m、3m或者分别为5m、2.sm;阳坡护道
的高度在目前1m的基础上还可以适当增加，以便使片石护道的降
温效果能够作用到阳坡的路肩部位。
⑤通过实测地温数据分析，预测路基下人为温度场稳定之后，
路基变形大约在1~Zcm之间。
通过数值模拟分析，初步讨论了气候变暖对冻土路基稳定性
的影响:当气温以目前估计的0.04℃/年的幅度升高时，它引起冻
土退化的作用是十分微弱的，与碎石护坡和片石护道的主动降低
地温的作用效果相比较而言是微不足道的。
关键词:冻土路基监测稳定性碎右护坡片石护道
温度场数值模拟
;
【关键词】：冻土路基 监测 稳定性 碎右护坡 片石护道 温度场 数值模拟
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：U213.1
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2005.031752
【目录】：
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：U213.1
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2005.031752
【目录】：
- 第1章 绪论11-27
- 1．1 选题意义11
- 1．2 国外研究状况11-12
- 1．3 国内研究状况12-18
- 1．4 本论文研究的内容和技术路线18-26
- 1．4．1 研究内容20-22
- 1．4．2 技术路线22-26
- 1．5 本论文完成的主要工作及时间安排26-27
- 第2章 实验段概况和设计方案27-41
- 2．1 实验段地质概况27-33
- 2．1．1 地理位置27
- 2．1．2 地形地貌27
- 2．1．3 气候特征27
- 2．1．4 岩性特征27-32
- 2．1．4．1 DK1082+375碎石护坡断面阴坡路肩孔27-28
- 2．1．4．2 DK1082+425碎石护坡断面阴坡路肩孔28
- 2．1．4．3 DK1082+475碎石护坡断面阴坡坡脚孔28-29
- 2．1．4．4 DK1082+625片石护道断面阳坡坡脚孔29
- 2．1．4．5 DK1082+675片石护道断面阳坡路肩孔29-30
- 2．1．4．6 DK1082+725片石护道断面阳坡护道坡脚孔30-31
- 2．1．4．7 DK1082+775土护道断面阴坡护道坡脚孔31
- 2．1．4．8 DK1082+825片石护道断面阴坡路肩孔31-32
- 2．1．5 实验段冻土类型及分布特征32
- 2．1．6 冻土工程地质分区32-33
- 2．2 实验段设计概况33-40
- 2．2．1 碎石护坡实验段33-34
- 2．2．2 片石护道实验段和土护道实验段34-36
- 2．2．3 测温孔布置36-39
- 2．2．4 左侧路肩沉降自动监测点布置39-40
- 2．3 实验目的40-41
- 第3章 天然地温场分析41-55
- 3．1 影响冻土存在和变化的主要因素41-44
- 3．1．1 影响天然冻土存在和变化的主要因素41-43
- 3．1．1．1 气温与冻土的关系41
- 3．1．1．2 地质构造与冻土的关系41-42
- 3．1．1．3 地热与冻土的关系42
- 3．1．1．4 岩层性质与冻土的关系42
- 3．1．1．5 雪盖与冻土的关系42-43
- 3．1．1．6 植被与冻土的关系43
- 3．1．1．7 地形与冻土的关系43
- 3．1．1．8 云量、日照与冻土的关系43
- 3．1．2 影响路基下冻土存在和变化的主要因素43
- 3．1．3 影响试验段冻土存在和变化主要因素的分析43-44
- 3．2 分析的理论基础44-45
- 3．2．1 土体与护道的导热形式44-45
- 3．2．2 土体的冻结、融化温度45
- 3．3 地温数据的准确性与精确性45-49
- 3．3．1 数据的准确性45-46
- 3．3．2 数据的精确性46-49
- 3．4 天然地温场特征49-55
- 3．4．1 年平均地温49-50
- 3．4．2 多年冻土的厚度50
- 3．4．3 最大季节融化深度50-51
- 3．4．4 地温变化规律51-53
- 3．4．4．1 地温传递过程51-52
- 3．4．4．2 地温变化的滞后性52
- 3．4．4．3 年温度较差随深度的变化52-53
- 3．4．5 活动层53-55
- 第4章 人为地温场分析55-95
- 4．1 人为地温场特征55
- 4．2 工程措施评价标准55-56
- 4．3 碎石护坡地温与变形分析56-76
- 4．3．1 DK1082+375碎石护坡断面56-63
- 4．3．1．1 测孔内冻结时刻56-59
- 4．3．1．2 最大季节融化深度59-60
- 4．3．1．3 左侧路肩变形分析60-62
- 4．3．1．4 小结62-63
- 4．3．2 DK1082+425碎石护坡断面63-68
- 4．3．2．1 测孔内冻结时刻63-65
- 4．3．2．2 最大季节融化深度65-66
- 4．3．2．3 左侧路肩变形分析66-68
- 4．3．2．4 小结68
- 4．3．3 DK1082+475碎石护坡断面68-73
- 4．3．3．1 测孔内冻结时刻68-70
- 4．3．3．2 最大季节融化深度70-72
- 4．3．3．3 左侧路肩变形分析72-73
- 4．3．3．4 小结73
- 4．3．4 分析与讨论73-76
- 4．3．4．1 DK1082+375碎石护坡断面73-74
- 4．3．4．2 DK1082+425与DK1082+475碎石护坡断面74-76
- 4．4 片石护道地温与变形分析76-95
- 4．4．1 DK1082+775土护道断面76-80
- 4．4．1．1 测孔内冻结时刻76-78
- 4．4．1．2 路基变形分析78-79
- 4．4．1．3 小结79-80
- 4．4．2 DK1082+825片石护道断面80-83
- 4．4．2．1 测孔内冻结时刻80-82
- 4．4．2．2 小结82-83
- 4．4．3 DK1082+625片石护道断面83-85
- 4．4．3．1 测孔内冻结时刻83
- 4．4．3．2 路基变形分析83-85
- 4．4．3．3 小结85
- 4．4．4 DK1082+675片石护道断面85-90
- 4．4．4．1 测孔内冻结时刻85-88
- 4．4．4．2 路基变形分析88-89
- 4．4．4．3 小结89-90
- 4．4．5 DK1082+725片石护道断面90-93
- 4．4．5．1 测孔内冻结时刻90-93
- 4．4．5．2 小结93
- 4．4．6 分析与讨论93-95
- 第5章 气候变暖引起多年冻土退化问题的讨论95-100
- 5．1 气温升高和冻土退化问题综述95
- 5．2 计算模型和求解方法95-99
- 5．2．1 计算模型及相关参数95-97
- 5．2．2 求解步骤97
- 5．2．3 结果分析97-99
- 5．3 小结99-100
- 结论100-102
- 到谢102-103
- 参考文献103-105
- 攻读硕士期间发表的论文及参加的科研项目105
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