大兴安岭多年冻土区公路路基稳定性研究

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1、学校代码：10225学号：B18001学位论文大兴安岭多年冻土区公路路基稳定性研究刘海苹指导教师姓名：丁琳教授东北林业大学申请学位级别：博士学科专业：森林工程论文提交日期：2018年3月论文答辩日期：2018年6月授予学位单位：东北林业大学授予学位日期：2018年6月答辩委员会主席：论文评阅人：UniversityCode：10225RegisterCode：B18001DissertationfortheDegreeofDoctorStudyonHighwaySubgradeStabilityinPermafrostRegionsofGreaterKhinganRangeCandidate:

2、LiuHaipingSupervisor:Prof.DingLinAssociateSupervisor:AcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpeciality:ForestEngineeringDateofOralExamination:June,2018University:NortheastForestryUniversity摘要摘要冻土对温度的敏感性是冻土区工程面临的共同问题。在多年冻土地区修筑道路工程，由于气候变化和工程作用的热干扰动作用，改变了大气和地表的热交换条件，打破了原有的热平衡状态，发生了一系列地—气系统间能量的重新响应

3、过程。这一响应的结果，不仅改变了局部多年冻土的自然环境，而且也改变了路面下方多年冻土的温度状况，使路基下冻土地温度升高，多年冻土融化，人为上限下降，造成许多原本衔接的多年冻土成为不衔接状态，对路基的稳定性有严重的影响。我国多年冻土区公路路基工程研究大部分集中在低纬度高海拔的青藏公路，对于东北大、小兴安岭高纬度低海拔多年冻土区路基研究相对较少。受气候、水文、植被、积雪等因素的影响，高纬度低海拔多年冻土区路基病害在发生时间、发展速度及破坏程度等方面与高海拔多年冻土区存在着较大差异。因此，开展大兴安岭多年冻土区路基稳定性研究，对丰富完善高纬度低海拔多年冻土工程理论和经验，提升我国冻土工程研究水平是十

4、分及时和必要的。本论文以国家自然科学基金项目“中俄原油管线沿线大兴安岭多年冻土活动层的变化研究（No.41071049）”为依托，以大兴安岭地区中俄原油管道漠大线林区伴行路为研究对象。通过对研究区环境与沿线多年冻土分布进行调查，分析工程环境和冻土环境变化对冻土路基稳定性的影响。选取典型试验断面进行监测，分析多年冻土区路基温度场及变形特征。结合监测断面实测数据，利用ANSYS有限元分析软件对冻土区路基温度场及由温度场引起的路基变形进行数值模拟，分析路基温度场、变形特征和规律，预测温度场、变形的发展趋势。通过对路基温度场、变形模型参数的改变，分析阴阳坡效应、路面类型、冻土类型对路基温度场、变形的影

5、响。建立模糊综合评判模型，对多年冻土区典型地段路基稳定性进行评价。通过研究，本文取得了以下研究成果：（1）工程环境和冻土环境变化实际上是一种环境工程地质问题，它和土体冷生过程一样，都会给路基稳定性造成不可逆转的影响。（2）高温多年冻土区存在有不冻夹层，路基变形主要来源于冻土层的融沉变形；低温多年冻土区路基底部多年冻土属于衔接状态，路基稳定。（3）多年冻土区路基不同深度处，温度场随时间发生着近似呈余弦的周期性波动。同时，路基边坡坡面的年平均温度与路线走向密切相关，路线为东西走向时路基温度场分布呈现最为明显的不对称，阴阳坡效应显著；水泥混凝土路面吸收及储存热量的能力小于沥青路面，热稳定性更好；冻土

6、地温、冻土人为上限随含冰量的增大而减小。（4）路基温度变化对竖向位移影响明显，对水平位移影响较小。同时，受温度场影响，多年冻土路基竖向变形在横断面上的分布具有不对称性，路线为东西走向时路基变形不对称性表现的也最为明显；水泥混凝土路面下竖向变形及沉降速率均小于沥青路面；路基变形量随着冻土含冰量的增加而增大。（5）研究区伴行路沿线5个典型地段路基稳定性评价等级主要集中在一般（c）等-I-摘要级。模型评价结果，与现场调查得到的路基状况基本相符，使用该方法可用于不同地区路基的稳定性的评价。本文研究成果对指导多年冻土路基工程的合理设计，控制、减弱伴行路冻土路基工程地质灾害的方法和措施，及时或提前采取有效

7、措施保障伴行路的稳定性和耐久性提供理论依据。关键词大兴安岭；伴行路；多年冻土；路基；温度场；稳定性-II-AbstractAbstractThesensitivityoffrozensoiltotemperatureisacommonproblemintheengineeringoffrozensoilarea.Theconstructionofroadengineeringinpermafros