青藏鐵路凍土路基融沉可靠性研究.pdf

1、青藏高原多年凍土面域廣袤，占我國多年凍土面積的69.5％。青藏鐵路是西部大開發(fā)中典型的高原多年凍土區(qū)工程，具有重大的政治、國防和經(jīng)濟(jì)意義。青藏鐵路沿線凍土受青藏高原獨(dú)特的地理、氣候特點(diǎn)影響，多年凍土以熱敏感性高、熱穩(wěn)定性差的高溫高含冰多年凍土為主，季節(jié)更替引發(fā)的土體含水相變過程極易引起路基發(fā)生變形破壞。自青藏鐵路通車以來，沿線路基出現(xiàn)了不同程度的融沉變形，甚至開裂。在青藏高原氣溫升高和人為工程擾動的影響下，青藏高原多年凍土上限逐漸下移，

2、含冰層退化消融加快，這將進(jìn)一步加速沿線鐵路路基的融沉變形，降低路基的穩(wěn)定性及可靠性，將重要影響工程營運(yùn)安全。
　　本文首先結(jié)合凍土相關(guān)理論知識，歸納分析了凍土分類、分布及病害機(jī)理，并以青藏鐵路路基為研究對象，建立了水-熱-力三場耦合有限元數(shù)值分析模型，模擬分析了未來50年青藏鐵路凍土路基的溫度場、壓力場和變形場，在此基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法和一次二階矩法計(jì)算分析了路基融沉可靠度指標(biāo)和破壞概率，研究結(jié)果表明:
　　(1)受青藏高原

3、氣候變暖的影響，路基修建完成后第10年、第20年、第30年、第40年和第50年1月份和7月份路基內(nèi)部最低溫度和最高溫度均不斷升高。最低溫度第10年相對于第2年從-12.8℃升高到-12.6℃，升高了0.2℃，第50年相對于第2年總體升高了2.3℃;最高溫度第10年相對于第2年從16℃升高到16.2℃，升高了0.2℃，第50年相對于第2年最高溫度總體升高了2.3℃;隨著深度的增加，溫度場的變化逐漸減小，當(dāng)路基下部距天然地表10m以下時(shí)，溫

4、度基本保持1.5℃～1.7℃不變，即路基達(dá)到一定深度后，地溫基本不受外界氣溫的影響。
　　(2)1月份路基凍結(jié)時(shí)，路基邊坡與坡腳處承受的應(yīng)力最大。冬季地溫受氣溫影響降低，路基邊坡與坡腳屬于低溫區(qū)，路基內(nèi)未凍水向低溫凍結(jié)區(qū)遷移凍結(jié)成冰，土體體積增大，導(dǎo)致凍結(jié)拉應(yīng)力增大。受青藏高原氣溫升高的影響，路基內(nèi)部凍脹產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力逐漸減小。7月份路基凍土融沉?xí)r，應(yīng)力最大值主要集中在天然地表以下3m處。第10年天然地表以下3m處最大壓應(yīng)力為0

5、.92MPa，第20年減小至0.85MPa，第40年減小至0.32MPa，第50年達(dá)到了0.1MPa，即隨著時(shí)間的推移，路基內(nèi)部融沉壓應(yīng)力最大值呈減小趨勢。
　　(3)受青藏高原氣溫升高的影響，路基修建完成后第10年、第20年、第30年、第40年和第50年1月份和7月份路基邊坡與坡腳處X方向位移逐漸增大，1月份Y方向位移逐漸減小，位移最大點(diǎn)在凍土路基邊界附近，7月份Y方向位移逐漸升高，位移最大點(diǎn)在路基頂部中心處。
　　(4)