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原文传递阳坡与路侧湖塘双重热影响下多年冻土区路基病害致灾机理及防治措施研究

论文题名：	阳坡与路侧湖塘双重热影响下多年冻土区路基病害致灾机理及防治措施研究
关键词：	公路路基;病害分析;阴阳坡;路侧湖塘;多年冻土区
摘要：	青藏工程走廊带是连接西藏与内地的重要战略通道，区内密集分布着青藏公路、青藏铁路和高压输变电工程等多项重大线性工程。随着西藏地区进一步发展，走廊带内工程密度将持续增加。走廊带整体呈南西四十五度走向，道路工程受路基阴阳坡效应明显。走廊带沿线由于热融与工程取土原因导致大量路侧湖塘的存在，在湖塘强烈的侧向水热侵蚀作用下，路基的水分场和温度场也将呈现强烈的非对称特征，进而诱发工程病害。阴阳坡或路侧湖塘对冻土路基换热特征的影响已有大量文献报道，而上述双重因素共同作用于冻土路基换热过程的影响机制和耦合机理仍有待进一步研究。因此，本文通过现场监测与数值计算相结合的方法，展开多年冻土区阴阳坡和路侧湖塘双重热影响下路基病害致灾机理及防治研究。　　本文首先以青藏公路为研究主体，对西大滩至唐古拉山口段路基走向与路侧湖塘进行统计分析分布，选取K2952+300处阳坡和路侧湖塘双重热影响下的典型路基断面，并于断面内布设温度-水分传感器探究路基内部水热迁移状况，根据监测数据对阳坡和路侧湖塘双重作用下路基水热分布规律进行分析，评估热棒对该路基病害的治理效果。为研究单一因素对冻土路基的热影响，通过理论分析建立开放系统冻土路基地气耦合模型，根据数值计算结果对阳坡和路侧湖塘双重热影响下冻土路基病害致灾机理进行分析。根据断面现场病害状况，基于冻土路基能量平衡理论提出机械式通风管治理路基非对称热效应，并通过数值计算对其治理效果进行验证分析。综上研究得出以下结论：　　（1）青藏公路西大滩至唐古拉山口段80%的路基走向为西南走向，受阴阳坡效应影响明显，西大滩至昆仑山垭口和不冻泉至五道梁段路基阴阳坡效应较为严重；青藏公路沿线250米内分布900多处路侧湖塘，沱沱河和楚玛尔河地区路侧湖塘分布较多；其中不冻泉至五道梁段路基工程受阴阳坡与路侧湖塘双重热影响最为明显。　　（2）根据典型断面监测数据分析结果，热棒对于阳坡和路侧湖塘双重热影响下路基热灾害治理效果并不理想，受其制冷性能的影响易造成蒸发端局部过冷，表现为路基温度场非对称分布。因其径向强烈制冷造成温度梯度增加，水分向冻结锋面迁移进而引起径向冻胀，最终引发严重的纵向裂缝等工程病害。　　（3）通过建立数值计算模型对冻土路基双重热影响进行解析，系统的定性定量分析阳坡和路侧湖塘对多年冻土区路基热稳定性的影响，研究发现阳坡效应对冻土路基热影响显著强于湖塘的侧向热侵蚀，且随道路服役年限的增加阳坡效应影响权重逐渐增大。　　（4）基于冻土路基能量平衡理论提出的机械式通风管路基，可有效降低路基体及其下层已融化冻土层温度，改善阳坡和路侧湖塘双重热影响下冻土路基非对称热效应；通风管作用五年时间路基中心和阳坡侧路肩处多年冻土人为上限分别抬升约2.3米和1.5米。
作者：	王伟
专业：	建筑安全工程
导师：	刘志云
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2021