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原文传递小兴安岭北部多年冻土退化特征及对公路路基稳定性影响

论文题名：	小兴安岭北部多年冻土退化特征及对公路路基稳定性影响
关键词：	冻土退化;地温监测;公路路基;路基稳定性
摘要：	近年来，气候变化对全球环境的影响日益显著。在我国黑龙江省北部、内蒙古东北部以及青藏高原，分布着地质条件和环境条件截然不同的两大冻土区。随着气候变化的加剧，我国东北高纬度冻土和青藏高原冻土均出现不同程度退化，导致极端天气现象和地质灾害频发，严重影响我国环境资源、工程构造物以及人民生命财产的安全。　　我国东北小兴安岭地区地处亚欧大陆多年冻土圈的南缘，属不连续多年冻土区，由多年冻土退化引发了许多工程地质问题，如路基不均匀沉降、滑坡、边坡涎流冰等。为了探索小兴安岭地区高速公路沿线多年冻土的分布、退化特征以及多年冻土退化对公路路基稳定性的影响，本文以穿越小兴安岭西北部的北安-黑河改扩建高速公路K160-K182路段路域为研究区，对区域内公路沿线多年冻土展开研究。　　通过对研究区K161路段、K178路段和K181路段进行地质钻探，查明了研究路段的多年冻土分布位置、地层分布等;在钻孔中布设土壤温度传感器和路基变形监测等设备，对各个路段进行现场的地温监测和路基变形监测，最长监测周期为2009-2016年;对K161和K181路段钻探所取土样进行室内岩土的物理力学试验，得到了各个土层的天然含水率、干密度等物理指标和粘聚力、内摩擦角、弹性模量等力学指标。通过对研究路段区域多次进行高密度电阻率法和地质雷达探测，结合本文构建的冻土电阻率理论模型、介电理论模型以及岩土体电阻率、介电常数室内试验结果，和现场地质钻探和地温监测数据，解释和分析高密度电阻率法和地质雷达探测结果。同时，运用COMSOL有限元分析软件，应用弹塑性有限元理论模拟计算K161+440和K181+400两个断面路基不同时期的竖向变形，预测计算多年冻土完全融化后的路基的沉降变形，分析多年冻土退化对路基稳定性的影响。　　研究结果表明: 　　(1)研究区多年冻土温度在不断升高，2009年9月，K161路段路基下多年冻土层的最低温度为-0.9～-1.2℃，2016年9月，其最低温度为-0.4～-0.6℃;多年冻土层上限和下限的位置受季节性气温影响呈现出波浪起伏状变化，受公路修筑和气候变化的影响，多年冻土退化趋势显著，表现为厚度变薄、温度升高，其中，路基覆盖范围内的多年冻土层上限显著下降、下限显著上升，路基以外的多年冻土层下限显著上移，但其上限变化较小。　　(2)研究区的多年冻土主要分布在沟谷低洼地带，K161路段路域范围内多年冻土最大厚度达9.5m，K181路段为4.0m。K161和K181路段的草炭土、粉质粘土、砾砂和泥岩层的冻土转为融土后，其抗剪强度和弹性模量剧烈下降;随着融土的固结，其抗剪强度和弹性模量又有了较大的提升。　　(3)多年冻土分布区域的各个电法测线剖面内高电阻率区域的面积和土体电阻率均在不断减小，雷达测线剖面内电磁波冻土异常区域的面积也在不断减小，说明测线剖面内多年冻土层在不断退化，多年冻土层的厚度变薄、温度升高、长度减小（两侧边缘向中间融化），现场物探结果和地温监测结果两者显示的多年冻土分布和变化规律基本一致。　　(4)现场变形监测数据表明，气温的季节性变化影响多年冻土的融化，进而影响路基的变形，路基变形呈现季节性变化，夏季和秋季变形量较大。有限元模拟计算结果与现场监测数据基本一致，截至2016年十月，K161+440断面因多年冻土融化产生的工后路基竖向变形最大达24cm，随着多年冻土层的融化，该断面的沉降量仍将会不断增加，路基稳定性较差，已经严重影响了公路的运营安全;K181路段路基下多年冻土层在施工期间接近完全融化，K181+400断面路基的工后竖向变形较小，在监测周期内，该断面路基产生的工后竖向变形最大值仅为5cm，该路段路基稳定性良好。
作者：	胡照广
专业：	森林工程
导师：	单炜
授予学位：	博士
授予学位单位：	东北林业大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文