高温冻土区填土路基的地基融化固结变形分析-论文.pdf

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1、第35卷，第3期中国铁道科学Vo1．35No．32014年5月CHINARAILWAYSCIENCEMay，2014文章编号：i001～4632(2014)03—0001—07高温冻土区填土路基的地基融化固结变形分析田亚护，张青龙，穆彦虎。，刘永智(1I北京交通大学土木建筑工程学院，北京100044；2．中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室，甘肃兰州730000~3．甘肃省交通科学研究院有限公司，甘肃兰州730003)摘要：针对青藏铁路高温冻土区普通填土路基的融沉变形，基于拉格朗日法描述的大变形固结理论及考虑相变作用的路基传热理论，对高温冻土区不同高度填土路基的温度场和地基

2、融化固结变形进行计算分析，并与现场监测结果进行对比。温度场分析结果表明，高温冻土区4和6m高填土路基在短期内可使冻土上限略微抬升，但下伏多年冻土存在缓慢升温过程，其升温幅度每年约为0．02℃左右；随着气候逐渐变暖，填土路基下冻土上限在后期会逐渐下降，且填土路基高度越小则上限下降量越大，最终在路基下部形成融化盘。融化固结变形分析结果表明，填土路基沉降变形表现出季节性，即暖季沉降变形发展迅速，冷季发展缓慢，发展趋势与现场监测结果吻合良好；在给定的地质条件下，2，4和6In高填土路基在竣工5o年后其沉降变形量分别为255．2，470．4和689．7mm，即沉降变形量与其高度呈正比，且高填土路基沉降变

3、形的季节性更显著；填土路基高度和多年冻土的含冰量是影响填土路基沉降变形的主要因素。关键词：青藏铁路；填土路基；高温冻土；融沉变形中图分类号：U213．14文献标识码：A多年冻土区交通工程的修筑，一方面改变了冻土区和冻土区，并认为土体的固结变形只发生在融土原有的热平衡，引起一定深度范围内多年冻土的土区，冻土区的土体不产生变形。根据冻土融化锋升温和融化；另一方面对地基土体的受力状态带来面的移动方程和融土区固结方程类型不同，Mor-一定影响[1]。另外，在填土路堤和车辆荷载的作用genstern[引，Nixon~，Foriero／]均采用一维模型下，地基将会产生沉降变形，严重时会导致道路破对冻土的融

4、化固结进行了深入研究。Sykes[B=等基坏。以青藏公路为例，85的填土路基病害是因冻于Biot固结理论和热传导理论给出了冻土的三维土的融沉造成的，余下的15为冻胀和翻浆所融化固结方程，并借助数值分析方法，对具有复杂致[2≈]。既有研究成果表明，多年冻土区道路的主融化边界条件下的冻土融沉变形进行了计算，但因要病害是融沉和冻胀。青藏铁路建设时为防止填土Biot理论的限制，该融化固结理论仅适用于小变形路基冻害的发生，在路基中采用了热棒、隔热层、的情况。Cater[9=认为，在大孔隙比土体的固结过片石通风及通风管等工程措施。实践表明，这些措程中，当附加荷载应力较大时，应考虑土体的大变施对确保路基的稳

5、定起到了积极的作用。根据青藏形固结问题；谢永利等[】。]认为当荷载等级较高、铁路多年冻土区普通填土路基的监测资料，尤其在软土较厚时，就应该考虑大应变的影响；谢新宇高温高含冰量多年冻土区，填土路基的沉降变形较等口如认为当荷载应力与土体弹模之比大于0．1时，大，其主要是由于地基的融化固结变形引起的[4]。应考虑土体变形的几何非线性对计算结果精度的影因此，研究地基融沉变形的变化及发展趋势，对于响。高含冰量冻土的孔隙率较大，所以融化后土体多年冻土区尤其高温冻土区工程构筑物的养护与维模量会急剧减小，大量孔隙水排出，土体将产生较修具有一定的实际意义。大应变。姚晓亮[1]通过采用大、小变形融化固结冻土的融化

6、固结理论将整个土体沿深度分为融理论对冻土的融沉变形进行了分析计算，并将计算收稿日期：2013—09—30；修订日期：2014—03—20基金项目：国家自然科学基金资助项目(41271072)；国家“九七三”计划项目(2012CB026104)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2011JBZ009)；冻土工程国家重点实验室青年基金项目(SKLFSE-ZQ-20)作者简介：田亚护(1974一)，男，陕西咸阳人，讲师。2中国铁道科学第35卷结果与现场实测值对比后发现，高含冰量冻土变形根据静力学原理，可得微元体在￡+时刻的更适合采用大变形融化固结理论进行预测。本文基系列方程。于相变的温度场和修

7、正拉格朗日描述的大变形固结平衡方程为理论，采用大变形融化固结理论，对高温高含冰量筹+_0(3)冻土区不同高度普通填土路基的地基融沉变形进行数值计算和分析，并结合青藏铁路填土路基沉降的式中：为t+At时刻微元体在m方向的体力。监测资料，研究高温高含冰量冻土区普通填土路基将式(2)带入式(3)得的变形规律及发展趋势。南a『lJ等a等at’]f+。一0(4)大变形融化固结方程．本构方程为Asf—D△(5