高温多年冻土区道路边坡热状况对多年冻土融化形态的影响研究
多年冻土区道路路基下伏冻土的热稳定性在很大程度上影响和控制着其上路基、路面的稳定性和病害的发生、发展，而路基下伏冻土的热稳定性主要通过冻土路基温度场来反映。由于受青藏高原独特的自然地理环境的制约，野外实测地温资料及实测气象数据有限，尤其是缺乏长期的观测数据，本文根据气象学基本原理和太阳辐射原理从理论上计算了青藏铁路北麓河试验段路基上表面及边坡表面直接太阳辐射强度。考虑到太阳辐射是导致地气温度变化最直接的因子，因此辐射可以看成是影响浅层地温的主要因素，研究了北麓河地区太阳辐射强度的理论值对实测地温的影响，得到了二者间的一个简单函数关系。
用上述关系推算得到的不同路基走向及不同坡度下的边坡表面温度作为有限元计算的温度边界条件，对根据青藏铁路路基横断面几何形状建立的路基地温场的二维有限元模型，模拟计算了高温多年冻土区路基在不同路面形式、不同路基高度、不同路基走向下的温度场。重点研究了年平均气温为-3℃条件下，路基修筑后其温度场随全球气候变暖而变化的过程，探讨了不同条件下路基横向热差异问题及路基的最大融化深度的变化过程，分析了路基下伏多年冻土融化形态的非对称特性。所得主要结论如下：
(1)同一路基高度下，在众多路线走向中，东西走向的路基体内融化形态不对称性最为显著，即阴阳坡效应明显，南北走向的路基融化形态基本对称。线路走向对路基下最大融化深度有着不可忽视的影响。阴阳坡效应越显著，路基下最大融深点越深、偏离路基中线距离越大；随着路基从东西走向(0度)逐渐转向南北走向(90度)，由于阴阳坡接受的太阳辐射差异逐渐减小，路基下最大融深逐渐减小，路基下最大融深偏离路基中线的距离逐渐减小，即融化形态的非对称性减弱；在同一线路走向下，最大融深偏路基中线的距离随路堤高度的增大而增加。
(2)在砂砾路面下，当路基呈东西走向(0度)时，路基下最大融深随路堤高度的增大而增加；当路基为45度走向时，筑路初期最大融深随路堤高度增加的变化无明显规律，从长期来看，路基下最大融深随路堤高度的增大而减小；当路基呈南北走向(90度)时，路基下最大融深随路堤高度的增大而减小；沥青路面下，三种路基走向下，路基下最大融深均随路堤高度的增大而减小。
(3)路堤高度为3.5m，在不同线路走向下，沥青路面下的最大融深均大于砂砾路面下的最大融深，砂砾路面下的最大融深偏离路基中线的程度总是大于沥青路面的。
(4)沥青路面的强吸热性在一定程度上减弱了路基横向热不对称性，但加大了路基的融化深度。
(5)不同路面形式、不同路基高度、不同走向下最大融深出现的时间存在差异性。
冻土路基;温度场;融化形态;数值计算;全球变暖;太阳辐射
中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
硕士
岩土工程
盛煜
2006
中文
U213.14
68
2007-05-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）