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)濟意義。青藏鐵路沿線凍土受青藏高原獨特的地理、氣候特點影響，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安全。
　　本文首先結合凍土相關理論知識，歸納分析了凍土分類、分布及病害機理，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，在此基礎上，采用響應面法和一次二階矩法計算分析了路基融沉可靠度指標和破壞概率，研究結果表明:
　　(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，當路基下部距天然地表10m以下時，溫

4、度基本保持1.5℃～1.7℃不變，即路基達到一定深度后，地溫基本不受外界氣溫的影響。
　　(2)1月份路基凍結時，路基邊坡與坡腳處承受的應力最大。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)未凍水向低溫凍結區(qū)遷移凍結成冰，土體體積增大，導致凍結拉應力增大。受青藏高原氣溫升高的影響，路基內(nèi)部凍脹產(chǎn)生的最大拉應力逐漸減小。7月份路基凍土融沉時，應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年達到了0.1MPa，即隨著時間的推移，路基內(nèi)部融沉壓應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，位移最大點在路基頂部中心處。
　　(4)