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《长安大学》 2004年
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多年冻土地区路基纵向裂缝形成机理及处治对策研究

裴建中  
【摘要】:青藏公路北起青海省格尔木,南止西藏拉萨,全长逾1100km。青藏公路承担着85%以上的进出西藏物资运输任务,对西藏的政治稳定、经济发展和国防建设具有特别重要的意义,是保障西藏200多万各族人民生活、生产和国防安全的重要生命线。 青藏公路自昆仑山口至桑雄进入青藏高原腹地,平均海拔4500m以上。高原气候条件恶劣,全年气候负温期长,昼夜温差变化大,寒冷干燥,空气稀薄,太阳辐射强烈,路基阴阳坡温度差异明显。沿线地质条件复杂,地表广泛分布着各种成因的第四纪松散沉积物,特别是沿线550km的路段下分布着多年冻土。 恶劣的自然条件和复杂的地质状况,导致该路出现大量路基纵向裂缝。这些纵向裂缝不仅规模巨大、数量繁多,而且发展迅速、难以养护,导致路面行驶质量每况愈下,运输效益常年偏低。过去常规的以小修保养的养护方法,治标不治本,且呈现出病害日渐严重的趋势,不能确保该地区道路的畅通,严重威胁着车辆的行驶安全,成为制约当地经济快速发展的瓶颈。 为此,论文以青藏公路为依托,以解决重大工程问题为出发点,着手进行多年冻土地区路基纵向裂缝形成机理与防治对策研究。整个论文分为两大部分。第一部分为多年冻土地区路基纵向裂缝形成机理研究,对纵向裂缝的形成过程进行数值仿真,着重阐释纵向裂缝形成的深层原因;第二部分为青藏公路纵向裂缝防治对策研究,从工程实际出发,研究提出经济合理、技术可行的处治对策,服务于西部大开发中的公路基础设施建设。 论文研究首先对青藏公路路基纵向裂缝进行了现场勘察,通过全线普查和典型路段详细调查,对这种病害的发育性状及分布规律进行了研究。瑞雷面波仪对于勘探浅层工程地质问题具有优势,本研究利用其进行了路基病害原因的测试分析。 在纵向裂缝形成机理研究中,首先根据多年冻土上限变化规律、多年冻土地区路基温度场特征和青藏公路纵向裂缝特点构建了分析模型,然后利用有限元方法进行数值仿真,研究纵向裂缝的形成过程。分析结果显示,路基纵向裂缝形成过程十分复杂,经历了三个阶段:初始变形阶段、强度破坏阶段和变形失稳阶段;与此相对应,形成过程在力学性质上呈现三个区域:发育区、抑制区和诱发区。 据实际路况调查分析,影响纵向裂缝的因素很多,本研究择其主要影响因素 进行了分析,其中包括多年冻土融化区参数、季节活动层参数和路基参数,以掌 握路基纵向裂缝的形成及其规模随这些因素的变化规律。 在上述分析的基础上,论文对影响纵向裂缝的内在条件,外界环境因素进行 研究,提出了纵向裂缝的防治原则与分类分级评价方法;并有针对性的提出多年 冻土地区新建路基的防治对策和基于纵向裂缝分类分级的既有路基纵向裂缝的 处治措施。根据不同的防护原则,提出了三种防护对策:保温隔热稳定技术、通 风散热稳定技术和综合防护措施。基于现场勘察资料,按照纵向裂缝发育性状和 形成原因的相似性和工程整治的方便性,将纵向裂缝分为直线型和边坡弧型两种 类型。对直线型纵向裂缝,按照开裂程度分为轻微、严重和非常严重三个等级。 对于直线型纵向裂缝,论文研究提出可以采用的基本对策主要有:单层土工 格栅处治技术、柔性枕梁处治技术和柔性枕梁与土工合成材料复合处治技术。针 对边坡弧型纵向裂缝,一般采用土工格栅分层加筋技术进行处治。论文通过对处 治结构设计参数分析、处治路面结构的力学分析和不同处治结构之间的对比分 析,研究了这几种结构的可行性和适应性,提出了相应的设计方法。其中柔性枕 梁处治技术在国内外属首次提出并系统研究。最后结合实体工程试验研究,提出 了处治结构的施工工艺。
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