【摘要】：基于修正拉格朗日(U.L)描述下的大變形固結理論和考慮相變作用的溫度場得到大變形融化固結理論,對不同路堤高度下填土路基溫度場和融沉變形進行研究.結果表明:高溫凍土區(qū)合理高度的路堤在5~10 a內(nèi)使凍土上限略微抬升,但凍土有明顯升溫.凍土上限在未來的5~10 a后會急劇下降,且路堤高度越小,下降量越大.與小變形融化固結理論相比,大變形融化固結理論預測高含量凍土融沉變形的精度更高.融沉量與路堤高度成正比,且隨著時間的增長,融沉變形呈階梯型發(fā)展,路堤越高,階梯現(xiàn)象越顯著.定義融沉量與路堤高度之比為沉降比,研究發(fā)現(xiàn)路堤越低,其沉降比越大,且隨時間線性增長.沉降比是凍土融深增量的單值函數(shù),與路堤高度無關,通過沉降比函數(shù)可以快速而實用的求出融沉變形量.
【圖文】：

c=cuT＞Tacf+cu－cfTa－Tb(T－Tb)+Lw1+w鐓wi鐓TTb＜T＜TacfT＜T{b(12)式中:Ta、Tb分別為凍土相變時溫度區(qū)間的上限、下限;Lw為水的相變潛熱值，Lw=334．56kJ·kg－1．式(4)～(12)形成了大變形融化固結理論的控制方程，只在融化區(qū)域內(nèi)進行固結，凍土區(qū)不固結也不產(chǎn)生變形．2數(shù)值試驗模型及參數(shù)2．1試驗模型不考慮陰陽坡效應，路基在橫向具有對稱性，計算模型如圖1所示．圖1中H為路堤高度，E點為坐標原點，Y軸向上為正，X軸向右為正．從保護多年凍土的原則考慮，存在一個合理路堤高度的問題，路堤過低或過高都會造成路基下多年凍土上限下降［16－17］．路堤高度不同不僅會使路基下部溫度場存在差異，而且其上部荷載也會不同，因此有必要對不同高度路堤的路基變形規(guī)律進行研究，H圖1數(shù)值計算模型圖Fig．1Modeofthenumericalcalculation的取值分別為2m、4m、6m．考慮氣候變暖條件下多年凍土對青藏鐵路工程長期穩(wěn)定性的一項基礎研究［18］．認為青藏高原在50a內(nèi)升溫2．6℃［19］，參考現(xiàn)場實測資料及文獻［20］，模型熱學邊界條件如下:AB邊:TAB=2．2+15sin2π8760t+π()2+2．68760×50t(13)BC邊:TBC=1．6+13sin2π8760t+π()2+2．68760×50t(14)CD邊:TCD=－0．6+12sin2π8760t+π()2+2．68760×50t(15)根據(jù)青藏高原北麓河氣象站60m深鉆孔測溫資料，天然地表以下30m處地溫梯度的平均值為0．03℃·m－1，故FG邊界條件為:qFG=－λ鐓T鐓y=－196．56J·m2·h－1AF、DG邊均為零熱流邊界;力學邊界條件:AF、DG邊界:u=0，v≠0;

圖2老溫泉斷面暖季地溫曲線Fig．2GroundtemperatureprofilesatLaowenquanmonitoredinwarmseasons圖3路堤修筑后暖季地溫計算值Fig．3Groundtemperatureprofileswithinanembankment，calculatedforvariousyearsafterconstruction內(nèi)升高了約0．1℃．圖3為數(shù)值計算后得到的溫度場地溫變化曲線，該地溫為每年暖季時的地溫．數(shù)值分析中，年平均地溫為－0．5℃，路堤高度為4m，下伏凍土層為高含冰量凍土．由圖中可以看出，凍土升溫效果明顯，在5a內(nèi)升溫約0．1℃，但凍土上限基本不變，這與黃志軍等［22］的計算結果規(guī)律一致，與圖2地溫監(jiān)測值較吻合．圖4不同高度路堤下人為上限發(fā)展Fig．4Developmentoftheartificialpermafrosttableswithvariousembankmentheightschangingwithtime圖4為50a內(nèi)不同高度路堤下凍土人為上限隨時間的發(fā)展變化圖．由圖4中可以看出，4m高的路堤在前5a內(nèi)可以抬高凍土上限，最大抬升高度7cm;6m高的路堤在前9a內(nèi)可以抬升凍土上限，最大抬升高度14cm，上限抬升量均較小;而2m高的路堤在修筑當年就使凍土上限下降．青藏鐵路普通路基現(xiàn)場監(jiān)測資料統(tǒng)計表明［23］，當年平均地溫高于－0．6℃時，不管路堤高度是多大，凍土上限都將保持在原有水平(陰坡)或者略微下降(陽坡)，凍土緩慢升溫．凍土上限在后期均以線性規(guī)律下降，形成較厚的融化盤．第50年，2m、4m、6m高路堤凍土上限分別為－5．65m、－5．2m、－4．79m．路堤越高，凍土上限位置越高，上限下降量越�。胀▋鐾谅返炭梢云鸬揭欢ǖ母魺岬淖饔�，但只是增加熱阻的消極“保溫”措施［24］．隨時間的增長，路基下凍土上限與天然地面的凍土上限的差值越來越大，第50年，2m高路堤的最大差值達2．15m，路堤越高，，差值越�。唐�(5～10a)內(nèi)，合理
【作者單位】： 甘肅省交通科學研究院有限公司;中國科學院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所凍土工程國家重點實驗室;西安理工大學巖土工程研究所;
【基金】：國家自然科學基金創(chuàng)新群體項目(40821001) 凍土工程國家重點實驗室自主研究項目(09SF103003;SKLFSE-ZY-03)資助
【分類號】：U416.1


本文編號：2551154