我国多年冻土区路基纵向裂缝发育的热-力学机理分析-以清水河地区为例

在多年冻土区筑路时，冻土作为一种特殊土地基材料，其稳定性受年平均气温、线路走向、路基高度、路基排水状况、路面类型、工程措施等因素的综合影响。在小区域范围内及某些特定条件下，其中某一影响因素会处于主导或决定性地位，同时气候的周期变化及地震荷载和行车荷载强烈地影响着地基土的力学参数。以青藏铁路和青康公路纵向裂缝发育典型路段-清水河地区作为研究对象，主要从热学和力学方面来分析在包括采取特殊措施在内的所有试验路堤上出现的纵向裂缝，从实地观测的角度定量分析单因素或多因素对多年冻土路基纵向裂缝发育的影响机理。在理论分析与实地观测资料的基础上，通过做冻结融解试验来把握岩土体在冻融作用及荷载下物理力学性质变化引起的裂缝发育规律，建立我国多年冻土区路基纵向裂缝发育的评估模型。在此基础上，针对各因素对多年冻土区路基纵向裂缝发育的影响进行定量研究，并对由各因素造成的路基纵向裂缝问题进行作用机制的深入研究。

在多年冻土区筑路时，冻土作为一种特殊土地基材料，其稳定性受年平均气温、线路走向、路基高度、路基排水状况、路面类型、工程措施等因素的综合影响。在小区域范围内及某些特定条件下，其中某一影响因素会处于主导或决定性地位，同时气候的周期变化及地行车荷载强烈地影响着地基土的力学参数。以青海省地方铁路柴达尔-木里铁路作为研究对象，主要从热学和力学方面来分析在包括采取特殊措施在内的所有试验路堤上出现的纵向裂缝，从实地观测的角度定量分析单因素或多因素对多年冻土路基纵向裂缝发育的影响机理。在理论分析与实地观测资料的基础上，通过做冻结融解试验来把握岩土体在冻融作用及荷载下物理力学性质变化引起的裂缝发育规律，建立我国多年冻土区路基纵向裂缝发育的评估模型。在此基础上，针对各因素对多年冻土区路基纵向裂缝发育的影响进行定量研究，并对由各因素造成的路基纵向裂缝问题进行作用机制的深入研究。主要结论有：.① 纵向裂缝的发育主要是由于路基不均匀融沉造成的土体在横向上拉裂引起，其发育位置受融化盘大小和位置的影响。平均温度和路基高度是影响纵向裂缝发育的主要因素。在各工况下，高路基更有可能发育纵向裂缝，当路基高度低于2.5m时，发育纵向裂缝的可能性较小；.② 在高温极不稳定多年冻土区，阴阳坡效应会随着路基高度的增加和气温的升高而急剧加强。各高度、各走向及各路面形式下的高路基在筑路初期就表现出发育纵向裂缝的趋势；.③ 在亚稳定多年冻土区，各高度、各走向及各路面形式下的路基在运营初期基本满足热稳定性，但随着气温的升高逐渐表现出热不稳定性和高路基阴阳坡现象明显，最终高路基会发育纵向裂缝；.④ 沥青路面由于其强吸热性在一定程度上部分的抑制了融化盘往阳坡一侧的倾斜，但由于其强吸热性导致路基在早期就失去热稳定性而引起裂缝的发育；. ⑤ 柴木铁路沿线无论是在高温冻土区或低温冻土区，普通路基和片石通风路基都有不同程度的阴阳坡问题，某些路段阴阳坡效应异常显著，在这些路段，发育纵向裂缝的可能性就会很大。通过在阴阳坡布置不同间距热棒（或者采取热棒-抛石复合路基），从而可以消除路基阴阳坡问题。根据对沿线路况的调查和现有监测断面的分析，与青藏铁路同期资料相比，柴木铁路较好的解决了路基纵向开裂问题，这说明柴木铁路冻土路基所采用的冷却措施、加筋措施是合理的，可以保证冻土路基的稳定。