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原文传递青藏铁路冻土路基融沉可靠性研究

论文题名：	青藏铁路冻土路基融沉可靠性研究
关键词：	青藏铁路;冻土;可靠度指标;有限元分析;路基融沉
摘要：	青藏高原多年冻土面域广袤，占我国多年冻土面积的69.5％。青藏铁路是西部大开发中典型的高原多年冻土区工程，具有重大的政治、国防和经济意义。青藏铁路沿线冻土受青藏高原独特的地理、气候特点影响，多年冻土以热敏感性高、热稳定性差的高温高含冰多年冻土为主，季节更替引发的土体含水相变过程极易引起路基发生变形破坏。自青藏铁路通车以来，沿线路基出现了不同程度的融沉变形，甚至开裂。在青藏高原气温升高和人为工程扰动的影响下，青藏高原多年冻土上限逐渐下移，含冰层退化消融加快，这将进一步加速沿线铁路路基的融沉变形，降低路基的稳定性及可靠性，将重要影响工程营运安全。　　本文首先结合冻土相关理论知识，归纳分析了冻土分类、分布及病害机理，并以青藏铁路路基为研究对象，建立了水-热-力三场耦合有限元数值分析模型，模拟分析了未来50年青藏铁路冻土路基的温度场、压力场和变形场，在此基础上，采用响应面法和一次二阶矩法计算分析了路基融沉可靠度指标和破坏概率，研究结果表明: 　　(1)受青藏高原气候变暖的影响，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月份路基内部最低温度和最高温度均不断升高。最低温度第10年相对于第2年从-12.8℃升高到-12.6℃，升高了0.2℃，第50年相对于第2年总体升高了2.3℃;最高温度第10年相对于第2年从16℃升高到16.2℃，升高了0.2℃，第50年相对于第2年最高温度总体升高了2.3℃;随着深度的增加，温度场的变化逐渐减小，当路基下部距天然地表10m以下时，温度基本保持1.5℃～1.7℃不变，即路基达到一定深度后，地温基本不受外界气温的影响。　　(2)1月份路基冻结时，路基边坡与坡脚处承受的应力最大。冬季地温受气温影响降低，路基边坡与坡脚属于低温区，路基内未冻水向低温冻结区迁移冻结成冰，土体体积增大，导致冻结拉应力增大。受青藏高原气温升高的影响，路基内部冻胀产生的最大拉应力逐渐减小。7月份路基冻土融沉时，应力最大值主要集中在天然地表以下3m处。第10年天然地表以下3m处最大压应力为0.92MPa，第20年减小至0.85MPa，第40年减小至0.32MPa，第50年达到了0.1MPa，即随着时间的推移，路基内部融沉压应力最大值呈减小趋势。　　(3)受青藏高原气温升高的影响，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月份路基边坡与坡脚处X方向位移逐渐增大，1月份Y方向位移逐渐减小，位移最大点在冻土路基边界附近，7月份Y方向位移逐渐升高，位移最大点在路基顶部中心处。　　(4)以路基融沉变形10cm为阈值，由于全球气温变暖，路基的破坏概率逐年上升，前25年破坏概率由0.029％上升至0.161％，增幅较小，路基的融沉变形累计值较小。但在35年后，路基的破坏概率大幅度上升，高达1.255％以上，第50年的破坏概率达到5.281％，严重超过工程安全许可范围，应该采取工程措施消除。可靠度指标的变化则和破坏概率相反。
作者：	徐东升
专业：	交通运输工程
导师：	贾剑青;贺捷
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文