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青藏高原多年冻土区铁路路基热稳定性研究
Research on Thermal Stability of Railway Roadbed in the Permafrost Area of the Qinghai-Tibet Plateau
时间: 2010-10-09           来源: 中国知网

【作者】潘卫东

【导师】朱元林

【作者基本信息】兰州大学,地质工程,2002年,博士

【关键词】 青藏高原 冻土 青藏铁路 路基 热稳定

  铁路路基的稳定性,是高原多年冻土地区铁路修筑技术研究的核心。土体温度在冻土强度、变形、冻土生消等方面影响多年冻土区铁路路基的稳定性。在评价多年冻土地区铁路路基的稳定性时,首先要评价其热稳定性,而且要评价路基基底或边坡多年冻土在修筑路基后的热稳定性。

  本文对全球范围内和我国高原多年冻土区的气候变迁,尤其是对青藏铁路高原冻土区气候变化特点和趋势作了深入了解,研究了在气温变化的背景条件下,青藏铁路高原冻土区典型地段的地温变化特点及发展趋势,研究了在地温条件变化的情况下,冻土工程地质条件的变化,进而通过图表统计对比和数值模拟技术研究了这些变化对铁路路基稳定性的影响。并以上述研究为基础,对提高路基热稳定性的工程措施进行了详细论证,为铁路的设计和修筑提供了建设性意见。

  首先在第一章中,作者对铁路路基热稳定性的概念作了界定,并论述了研究路基热稳定性对青藏铁路建设的重要意义。

  第二章对我国多年冻土地区的气候变化背景进行了深入讨论,对青藏铁路高原冻土区的气候条件尤其是气温变化条件在连续观测30年的基础上进行了详细的分析和研究。近30年来高原冻土区的气温总的走势是升高的。30年来青藏高原气温升高明显,平均升高约0.45℃左右。高原冻土区的气温已经发生了并且还在继续发生着不同周期和不同振幅的变化。

  第三章论述青藏铁路经过的高原冻土区的地温分区和工程地质条件的变化。年平均气温是多年冻土存在的能量条件,随着年平均气温的变化,冻土地温随着发生变化。而这种变化极大的影响了铁路路基的稳定性。未来气温如果持续升高,路基基底冻土地温场在一定增温幅度下将迅速向着不利于路基稳定的方向发展。高原特殊的地貌格局使后期多年冻土的发生、发展以及演变形成明显的地域差别。青藏铁路通过的多年冻土地区冻土的工程地质特征主要包括:水平方向上的平面分布特征;河流、湖塘和构造融区的分布特征;垂直剖面上的分布特征以及多年冻土厚度的变化特征和各类不良地质现象发育变化特征以及多年冻土的工程分类特征。这些特征随着温度的变化其归属分类也将发生变化。多年冻土在不同深度上的地温变化是土壤能量变化的积累,是多年冻土年平均地温变化的基础,也是气候变化的反映。研究气候变暖的背景下高原冻土区的地温变化,对未来青藏铁路的修建及其工程建筑物运营期间的稳定状态有着重要的意义。

  作为实例,第四章研究了风火山铁路路基试验工程在气温升高的热稳定性,探讨了路基基底、路堑的地温变化,并比较了路基基底和天然地层的能量热周转效果。根据实测资料,对试验路基冻土热状况的变化趋势和天然地基以及路基融化过程进行了数值模拟分析。
  
  最后,第五章探讨了提高路基热稳定性可以采用的工程措施,对铺设保温材料、修筑遮阳棚、修筑通风路堤进行了数值模拟研究,讨论分析了这些工程措施的耐久性和使用效果及条件。根据已有的研究资料,对修筑合理高度的路基进行了综述,提出了路基最小合理高度的设计原则和确定方法。


(责编:徐言)

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