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原文传递气候变暖条件下多年冻土区公路路基变形稳定研究

论文题名：	气候变暖条件下多年冻土区公路路基变形稳定研究
关键词：	公路路基;变形机理;稳定性能;气候变暖
摘要：	随着西部大开发战略的深化推进以及国家“十三五规划”、“一带一路”等政策的陆续推出，可以预见未来几年乃至十几年，中国西部地区交通事业的建设将迎来新一轮高峰。而在西部山区分布大量的多年冻土，其中青藏高原分布的多年冻土就约占全国多年冻土总面积的80％。因此，在公路修建的过程中，由于受到线形指标等因素的影响，不可避免的要穿越一些多年冻土地区。与此同时，在全球气候变暖的大背景下，极端突变气候频发，而传统的冻土区公路设计并未考虑极端气候突变变暖（定义:文章题目表述的“气候变暖”指的是“短期内极端气候突变变暖”，以下及正文中简称为“气候变暖”）这一因素对路基的影响，而这一因素又是事实存在的。本文以2007、2008年在挪威、瑞典多年冻土地区的发生的两例冬季极端气候突变变暖事件为依据，在研究冻土水-热-力三场耦合模型的基础上，采用现场调查、理论分析、数值模拟等研究方法，以新疆G580线和田至康西瓦公路工程为依托，选取多年冻土区一典型斜坡断面，采用COMSOL Multiphysics仿真软件分别考虑气候在短期内突变变暖5℃、10℃、15℃三种工况对该路基断面的温度场、水分场、应力场、位移场及路基的稳定性变化过程进行数值模拟，得出多年冻土公路路基在气候变暖条件下的变形及稳定性变化规律，最后，针对气候变暖可能会导致多年冻土区公路路基产生的过大变形、病害及稳定性问题，提出了适当的保护路基的工程措施，全文研究主要得到以下成果: 　　(1)多年冻土区斜坡路基由于路基本身横向几何的不对称性，造成了路基温度场的不对称性，气候变暖会引起多年冻土路基0℃等温线迅速下降，随着气候变暖幅度的增加，0℃等温线下降幅度成递增趋势;路基两侧路肩对气候变暖的响应敏感性要高于地表其他各点。　　(2)气候变暖对多年冻土区路基内部浅层土体含水率变化影响较大，对路基内部深层土体含水率变化影响则较小;对于斜坡路基，气候变暖会导致冻土融化成液态水并在重力势及水分迁移作用下发生下渗，最终在斜坡坡脚积聚，极易造成斜坡坡脚位置泥浆过分饱和而产生外溢现象。　　(3)气候变暖会导致斜坡路基坡脚冻土迅速融化，由于融化深度差异产生的应力极易导致路基边坡及坡脚产生纵向开裂。　　(4)多年冻土路基的变形主要以融沉变形为主;受气候变暖影响，靠近斜坡坡面侧路基竖向融沉变形要高于背离斜坡一侧;气候变暖15℃将导致的路基纵向变形差异达到2.8cm，横向变形差异达到1.7cm，极易导致路基产生不均匀沉陷和纵向裂缝等病害。　　(5)多年冻土斜坡路基在冻结状态的稳定性系数要高于融化状态;随着气候变暖幅度的增加，多年冻土斜坡路基的稳定性成下降趋势，当气候变暖15℃时，路基稳定性系数由2.49降低至1.59，最大下降幅度达36％。　　本文在对多年冻土区公路路基的变形及稳定性研究中考虑了气候变暖（短期内极端气候突变变暖）这一前人鲜有研究过的因素，研究成果揭示了在气候变暖条件下多年冻土区公路路基的变形及稳定性变化规律，该研究成果既可以为今后多年冻土的进一步研究提供新的思路，也可以为多年冻土地区的公路设计、施工、养护工作提供一定的借鉴参考。
作者：	梁海军
专业：	交通运输工程
导师：	柴贺军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文