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在气候变暖的背景下,多年冻土的上限下降、年平均地温升高、地下冰融化等多年冻土退化过程都威胁着多年冻土区的工程建筑物。为保证多年冻土区尤其是高温多年冻土区路基的长期稳定,块石基底路基、块石护坡路基和U型路基被广泛应用。这三种块碎石路基是否保护下部多年冻土,确保冻土路基的长期稳定备受关注,目前这方面的研究虽多,但对位于同一自然气候区的不同结构冻土路基进行长期监测的研究尚比较缺乏。因此,本文重点针对青藏铁路穿越楚玛尔河地区的包括普通填土路基在内的4种不同结构的冻土路基断面,分析自2003年以来的地温监测数据,并以建立相应的计算模型来模拟预测不同结构冻土路基的长期发展状况,以对比研究这三种特殊冻土路基的降温效果及长期热稳定性。通过实测资料的对比分析和数值模拟长期效果分析认为:
(1)普通填土路基左路肩下地温呈逐年升高趋势,原上限处温度也在缓慢升高,并导致了路基温度场不对称性的不断恶化。因此该种类型的路基难以起到长期保护多年冻土的作用。
(2)块石基底路基由于其空气对流的冷热季差异,具有主动制冷能力及冷却路基下多年冻土的效果,能起到保护冻土及路基稳定性的作用。但单纯块石路基温度场不对称的现象依然严重。尤其是左路肩(阳坡侧)下块石层顶底板温差的逐渐减小,影响了块石层的换热能力,使得温度场不对称性进一步加剧,原上限处地温也在缓慢升高。
(3)块石护坡路基与普通路基相比,块石层的铺设起到了降低坡面年平均温度、减小坡面温度年较差的作用,并使左路肩下的温度也在缓慢降低,说明块石护坡在减小路基融化深度进而在保护冻土路基热稳定性方面起到了重要作用。
(4)U型块石路基中块石层左右侧顶底板温差尽管存在着差异,但各部位温差都保持了稳定,能够继续起到保护下伏多年冻土的良好作用;同时,温度场基本对称,原冻土上限以下的多年冻土正在经历着降温的过程。
(5)从长期预测的结果看:普通路基由于左侧升温速率明显大于右侧(阴坡侧),造成路基温度场严重不对称,无法起到全面保护多年冻土的作用;块石基底路基右侧温度基本维持稳定,左侧升温幅度小于普通路基,但路基温度场的不对称依然较为显著;块石护坡路基下温度保持稳定,左右两侧温度场基本对称,较好地保护了下伏多年冻土;U型块石路基下整体温度小幅下降,且左右两侧温度场对称性良好,在这四种路基结构中工程效果最好。