多年冻土路基沉降变形分析与监测

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1、目录第十六节多年冻土路基沉降变形分析与监测2.多年冻土路基变形现场监测分析2.1冻土区路基工程变形发生机理2.1.1天然状态土体冻融过程特征2.1.2路基土体冻融过程2.1.3工程环境和冻土环境变化对冻土区路基工程影响2.2青藏铁路冻土区路基土体冻融过程不同阶段变形和工程现象特征2.2.1工程活动热影响和热扰动阶段路基变形2.2.2工程活动热影响和热扰动渐弱至消失阶段2.2.3冻土和冻土路基工程之间新的热力平衡形成阶段2.3路基变形不同阶段路基工程裂缝调查和分析2.3.1工程裂缝产生机理2.3.2工程裂缝产生影响因素2.3.3不同工程阶段工程裂缝2.3.4工程裂缝的抑制和对策2.4.建设期间

2、工程环境变化诱发工程病害和潜在病害调查2.4.1路基沙害调查情况2.4.2路基滑坍病害2.4.3次生冻土现象2.5冻土区路基工程变形和工程现象综合分析2.5.1工程活动热影响和热扰动阶段路基地温场特征2.5.2工程活动热影响和热扰动弱化阶段路基地温场特征2.5.3冻土和冻土路基工程之间新的热力平衡形成阶段路基地温场特征2.6路基状态综合评价标准2.7对现有工程措施补强建议52第十六节多年冻土路基沉降变形分析与监测2.多年冻土路基变形现场监测分析青藏铁路冻土区路基工程自2001年8月23日清水河、北麓河、沱沱河开始先期进行试验工程施工，2002年4月冻土区陆续开始全面施工，2003年冻土区工程

3、全部完工。2002年11月开始布置进行路基变形现场监测，由于经费和监测力量限制，监测进行到到2005年9月。大部分监测地段已经经历了3个完整的年际冻融循环。本节对试验段调查、全线冻土区工程调查和冻土区工程变形观测，对路基稳定性的工程外观表现及工程变形数据进行概括分析，对由此而揭示的冻土区路基稳定的实质进行分析研究。冻土作为一种复杂多变的自然地质体，它的存在是外在自然地质条件作用的结果。修筑在冻土区的路基工程，和冻土一起接受自然地理地质条件的作用与影响，冻土区路基工程稳定性问题，实际上是一个复杂的内外因素相互作用的热学—力学问题。而由于冻土和路基本体之间的相互影响和相互作用的不可避免，使得产生

4、这个问题的热学－力学过程变得复杂多变且难以预测。但是从工程应用角度出发，冻土区铁路路基的稳定性这种复杂的热学－力学问题的具体外在表现，宏观上就是路基变形问题。冻土区路基变形从宏观方向上可以分为水平方向和竖直方向变形两大类，两类变形和变形差异都与不同环境条件和冻土条件下的冻土和路基本体冷生过程（即冻融过程）密切相关，水平方向变形结果造成路基开裂和错落，竖直方向变形造成路基沉降和隆起，还会使路基的开裂错落加剧，这些都危及依赖路基而存在的铁路行驶运营安全。本节所揭示的问题，从天然状态下土体冻融过程特征出发，结合2003年～2005年现场工程调查情况，剖析了填土路基土体冻融过程特征及其对路基变形发展

5、过程以及工程外观表现特征的影响，在建设不同阶段依据这些分析结果，对补强设计提出了大量科学可行的建议，并已在工程建设中得到应用和验证。2.1冻土区路基工程变形发生机理52冻土区路基工程变形及其衍生现象发生机理与土体冷生过程（冻融过程）密切相关。冻土区修筑路基大体可以划分为三个阶段：即路基修筑阶段、路基趋于稳定阶段和路基稳定阶段（铁路长期运营阶段）。如果根据修筑路基前后土体冷生过程（冻融过程）发生发展和主要冷生特征（地温场形态），以及不同阶段路基土体传热特征来划分，这三个阶段可以对应工程热影响和热扰动阶段、工程热影响和热扰动削弱渐消失阶段和热平衡逐渐稳定阶段。各个不同阶段由于土体冷生作用不同，引

6、起的路基变形特征也各不相同。在土体冷生过程这三个阶段中伴随着路基变形的发生、发展和稳定，由于各种工程环境变化，还衍生了一些工程裂缝等工程现象，给冻土区路基稳定带来一定影响。2.1.1天然状态土体冻融过程特征天然状态下处于长年冻结的多年冻土层，其上表层由于受到太阳辐射热年际变化的作用，形成了寒、暖季的交替作用。暖季太阳的辐射能加热地表而形成一定融化厚度，称季节融化层，该层寒季冻结与下伏多年冻土层衔接（隔年层及不衔接多年冻土除外），周而复始形成了季节冻融过程。地表性状的不同，接受太阳辐射导致地表以下土体温度变化过程和形成的温度场形态不同；土体中水分的存在，在季节冻融过程中导致体积发生变化，使土体

7、本身产生冻胀和融沉变形。这样一个复杂的热学过程和最后导致的力学形态表现，就是我们一般所说的土体冷生过程。青藏高原多年冻土区季节冻融发展过程一般是，寒季过后3月底4月初气温升高，但是仍然在0℃上下波动，冻土表层融冻交替，形成30－40cm厚的不稳定季节融化层；4月中下旬至5月上旬进入稳定融化阶段，9月下旬至10月上旬（部分地区在10月下旬至11月上旬）达到最大季节融化深度。与此同时地面又开始自上而下的冻结，与由