国道214线多年冻土地区公路路基典型纵向裂缝监测和模拟研究.pdfVIP

第三届全国岩土与工程学术大会论文集 国道214线多年冻土地区公路路基典型 纵向裂缝监测和模拟研究 温智1 盛煜1 马巍1 吴青柏1 房建宏2黄波2许安花2李焕青2 1．中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室，兰州，730000； 2．青海省公路科研勘测设计院，西宁，810008 摘要：为了保证多年冻土区道路工程的稳定畅通，保护路基下多年冻土处于冻结状态是多年冻土区筑路的主要 原则之一，而加高路基是广泛采用的保护冻土措施之一。随着路基高度的增加，路基纵向裂缝病害日益增多。基 于国道214线K369段典型公路纵向裂缝病害的监测，并结合有限元数值分析方法对公路路基纵向裂缝的形成过 程进行了分析研究。监测和数值分析结果表明，多年冻土地区路基温度场的不对称性导致路基下多年冻土上限在 路基下深度差异巨大，而上限形态的不对称引发了路面变形在横向上的差异。路基左侧(阳坡面)发生较为明显的 向下沉降变形，路面左侧发生较大的水平位移，引起了左侧路面的侧向拉裂破坏，左坡面下冻融界面附近，产生了 较大的剪应变，路基体沿冻融界面发生了滑动或错动。 关键词：路基温度纵向裂缝阳坡面 路基变形在横向上的差异，一般而言，路基阳面的沉 1 引言 降变形普遍大于路基阴面。野外现场调查的结果表 为了保证多年冻土区道路工程的稳定畅通，保 明，路基纵向裂缝的发育和路基两侧太阳辐射差异 护路基下多年冻土处于冻结状态是多年冻土区筑路 密切相关一1。目前冻土区路基的纵向裂缝已经成 的主要原则之一，而加高路基是广泛采用的保护冻 为严重危害冻土区道路工程畅通的病害之一，但目 土措施之一。随着路基高度的增加，路基纵向裂缝 前有关冻土区纵向裂缝的研究甚少，纵向裂缝的形 病害Et益增多。国内外多年冻土地区的公路都不同 成机理尚不明晰，致使采取的对策未能奏效怕J。 程度地出现了纵向裂缝病害，如我国的青藏公路和 2002年国道214线多年冻土区公路病害调查 美国阿拉斯加的一些公路，青藏公路纵向裂缝不仅 发现，K369附近新建公路发育一条典型的纵向裂 数量多，而且许多裂缝贯通后长度可达数百米，最大 缝，后对该段路基及下伏土层温度和路基变形进行 单缝宽度达lO～30em，许多路段的纵向裂缝深度 了监测本文对此监测结果进行了分析，并结合有限 可达5～6m[1—31。 元数值分析方法对其发生和发展过程进行了研究。 裴建中等H1的研究表明，道路纵向裂缝随路基 2 多年冻土区路基纵向裂缝的现场观测研究 增高而严重，特别是高度大于3m后，裂缝规模和数 量大为增加。道路不同坡向接受太阳辐射量的不 2002年国道214线多年冻土地区公路病害调 同，导致路基温度场的不对称性，以及冻土融化和季 查时发现，K369附近路基左幅(阳坡面)发育一条 节冻融不对称。多年冻土是地气间热交换的产物， 明显纵向裂缝，而且纵向裂缝的长度延续较长，约一 地表与大气之间的热交换、土层深部的地热流是决 定土层一定深度内温度状况的热边界条件。东西走 断面路面纵向裂缝。此段为一个典型的路基病害 向路基修筑后容易形成两侧太阳辐射的差异，形成 点，路基沉降变形明显，并且阴阳坡面差异较大，为 路基两侧不同的热边界条件，导致阳坡面下多年冻 了更进一步的研究公路路基病害发生的机理和过 土人为上限低于阴坡面多年冻土人为上限，而冻融 程，对此段进行了详细的钻探勘察，并布设多个地温 状态对地基土的物理力学性质影响巨大，最终造成 和变形观测断面。地质钻探结果表明，该段多年冻 长奖专项(0