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影响青藏铁路多年冻土区斜坡路堤稳定的因素分析

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影 响 青 藏 铁 路 多年 冻 土 区 斜 坡 路 堤 稳 定 的 因素 分 析
牛东 兴 牛 怀俊 马亚 兰
（ 中铁 西北科 学研 究院有 限公 司 ， 兰州 ７００ ） ３００
摘 要 ： 究 目的 ： 研 自青 藏 铁 路 开 通 运 营 以 来 ， 多 年 冻 土 区 已经 出现 了几 处 冻 土 斜 坡 路 堤 变 形 较 大 的情 况 。本 在 文 针 对 青 藏 铁 路 多 年 冻 土 区 斜 坡 路 堤 的稳 定 性 进 行 了研 究 ， 望 能 够 为 青 藏 铁 路 多 年 冻 土 区斜 坡 路 堤 的 维 希 护提供帮助 。
７
坡倾 角 大 于 ｌ． 。 ； 于 高 含冰量 多 年 冻 土地 段 ， １３ ） 对 因 为修建在很 缓 （ 度 ５ 左 右 ） 自然 斜坡 上 的路 堤 也 坡 。 的 可能发生 失稳 ， 高 含冰 量 多年 冻 土地 区斜坡 可 按 照 故
断加深 ， 最终 达 到斜 坡 路 堤 下 多 年 冻 土 的 人 为 上 限 。
化 表现 出来 的 ， 地温 场 的 变化 会 使高 原 多 年冻 土 的 而
工 程地质 条件发 生着 越来 越 明显 的变 化 ， 而对 以多 因
年冻 土 为工程介 质 的铁路 路 基建 筑 物 （ 堤 、 堑 、 路 路 支
方移 动 ， 由非 冻结 区向冻结 区移动 ， 水在冻 土体 中的迁 移运 动也会使 冻土软 化 ， 使其 强度 降低 。 据试验测 定 ， 冻结 后 并 非 土 中所有 的液 态水 全 土 部转 变成 固态的 冰。 由于 颗粒 表 面 能 的作 用 ， 土体 冻 中始 终保持 一定数 量 的液 态 水 ， 称作 未 冻 水 。冻 土 中 的未 冻水 含量与温 度之 间 保持 着 动 态平 衡 的关 系 ， 即 随温 度降低 ， 未冻水 含量减 少 ， 反之 亦然 。冻土 中的未 冻水 是液态 水迁移 的源 泉 ， 同时 由于 冻 土 中未 冻水 含
在冻土 中水存在 三相 ， 固相 一冰 ， 相 一未冻结 即 液 的水 ， 气相一 水汽 。液相 和 气相 物 质 充填 在 土 骨架 的 空 隙中 ， 冻土 中的水 汽存在 于 自由孑 隙 和冻结裂 隙 中 ， Ｌ
如 同在正常温 度条 件下 的 水汽 一 样 ， 压力 大 的地 方 由 向压 力小 的地 方移 动 ， 由温 度 高 的地 方 向温 度 低 的地
为 ｌ： ） ５ 的路 堤 ， 高 含 冰量 多 年冻 土地 段 自然 地 面 或 倾角 大于 ５ （ 。 斜坡 坡率 为 ｌ： １４ 的路堤 。 ｌ． ） 青藏 铁路 多年冻 土区斜坡 路堤 的稳定性 影 响因素 很多 ， 论文 旨在抓问题 的主要方 面 ， 其稳 定性 的主要 对
影响 因素进行 分析 。
青藏铁 路多 年冻 土 区斜 坡路 堤 路 段 的调查 ， 考虑 到 并
收 稿 日期 ：０ ９— ６— ９ ２０ ０ ０ 作者 简 介 ： 东 兴 ，９ １ 出 生 ， ， 理１ 程 师 牛 １８ 年 男 助
第 ７期
牛东兴
牛怀俊
马 亚 兰 ： 响 青 藏 铁路 多年 冻土 区斜 坡 路 堤 稳 定 的 因素 分 析 影
ａ ｄ ｇｖ ｓ ｔ ｅ ｎ ｇ ｔ ｅ ｉ ｆｕ ｎ ｅ ｏ ｈ ｓ ａ ｔｒ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｂ ｄ． ｎ ｉｅ ｈ ｅ ａ ｉ ｎ ｅ ｃ ｆｔ ｅ ｅ ｆｃ ｏ ｓｏ ｈ ｏ ｄ ｅ ｖ ｌ
Ｋ ｙｗ ｒ ｓ Ｑ ｎｈ ｉ Ｔｂ ｔ ａ ｗ ｙ ｐ ｒ ａ ｏｔ ｅ ａ ｋ ｅ ｔ ｎｓ ｐ ；ｉ ｕ ｎｅｆ ｔ ｓ ｅ ｏ ｄ ： ｉｇａ — ｉｅ Ｒ ｉ ａ ； ｅｍ ｆ ｓ； ｍｂ ｎ ｍ ｎ ｏ ｌ ｅ ｎ ｅ ｃ ｃｏ ｌ ｒ ｏ ｌ ｆ ａ ｒ
ｈ ｖ ｐ ｅ ｒ ｄ ｏ ｏ ｌ ｐ ｎ ｐｅｍａｒ ｓ ｅ ｉ ｎ ． Ｔ ｓｐａ ｅ ｅ ｅ ｒ ｈ ｓ ｔｅ ｓａ ｌｔ ｆｔ ｅ ｅ ａ ｋ ｎ ｎ ｓｏ ｅ ｉ ａ ｅ ａ ｐ ａ ｅ ｎ ｓ ｍｅ ｓｏ ｅ ｉ ｒ ｆｏ ｔｒ ｇｏ ｓ ｈｉ ｐ ｒｒ ｓ ａｃ ｅ ｈ ｔｂｉ ｙ ｏ ｈ ｍｂ ｎ ｍｅ ｔｏ ｌｐ ｎ ｉ
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研究结论 ： 青藏铁路 的修筑改 变了沿线多年冻土 的生存 条件和路基 周围 的水热 环境 ， 同时气温 的年际变
化和多年变化也影响着路基的工程状态。论文 从青 藏铁 路多 年冻 土 区斜坡路 堤稳 定 的主要 影 响因 素（ ： 如
水、 温、 地 冻土类型 、 向和坡度 ） 坡 着手进行 了分 析 ， 出各影响 因素对路基的不利影响 。 得
ｐ ｒ ａｒｓ ｒｇ ｎ ｌ ｇＱ ｎ ｈｉ— ｉｅ Ｒ ｉ ａ ｏ ｆ ｒ ｇ ｔｅｒｆ ｅ ｃ ｏｔｅｍ ｉｔ ａ ｃ ｆｔｅｅ ａ ｋ ｅｔｏ ｅｍ ｆ ｔ ｅｉ ｓ ｏ ｉｇ ａ —Ｔｂｔ ａ ｗ ｙｆ ｏｆ ｉ ｅ ｒｎ ｅｔ ｈ ａｎ ｎ ｎｅ ｏ ｈ ｍｂｎ ｍ ｎ ｎ ｏ ｏ ａ ｎ ｌ ｒ ｅｎ ｈ ｅ ｅ
０ ９年 ７月 ） 第２０ 总 １ ７期（ ３ ０
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Ｊｌ ２ ０ ｕ ０ ９
Ｊ ＯＵＲ ＮＡＬ ＯＦ Ｒ Ｌ ＡＹ Ｅ ＡＩ Ｗ ＮＧＩ ＥＥ ＮＧ Ｓ Ｉ Ｔ Ｎ ＲＩ ＯＣ Ｅ Ｙ
Ｎ ． （ ｅ． ３ ） Ｏ ７ Ｓｒ１０
文章编 号 ：０ ６—２ ０ （ ０ ９ ０ ０ ０ ０ １０ １６ ２ ０ ） ７— ０ 水 层 范 围扩 大 ， 土体 大 范 围软 化， 强度降低 ， 这种作 用对 降低斜 坡路堤 稳定性 具有显 著 的作 用 。
１ ２ 地温 ．
青藏铁 路所经 过 的高原冻 土区是 中 、 低纬 度地带 ， 海拔 较高 、 多年冻 土分 布 面 积最 广 、 度最 大 、 度较 厚 温 低 的地 区。高原 多年冻 土是青藏 高原 自然地质 历史 的
关 键 词 ： 藏铁 路 ； 年 冻 土 ； 坡 路 堤 ； 响 因 素 青 多 斜 影
中 图分 类 号 ：Ｕ ５ Ｕ １． Ｔ ７２；２ ３ １ 文 献标 识码 ： Ａ
Ａｎ ｌ ｓ ｓ ｏ ａ ｎ Ｉ ｆｕ ｎ ｅ Ｆａ ｔ ｒ ｎ ｔ ｔ ｂ ｌ ａ ｉ ｎ ｏ ａ ｙ ｅ ｆ Ｍ ｉ ｎ ｅ ｃ ｃ ｏ ｓ ｏ ｈｅ Ｓ ａ ｉ ｚ ｔｏ ｆ Ｅｍ ｂａ ｋ ｅ ｔ ｏ ｌ ｉ ｎ ｍ ｎ ｎ
Ｑｎｈ ｉ Ｔｂｔ ａｗ ｙ ｓｃ ｓ ａ ｒ ｇｏ ｎ ｍ ｅａ ｒ ， ｒｚｎｇｏ ｎ ｐ ｎ ｉ ｃｉ ｎ ｅｒｅｏ ｅｓ ｐ ， ｉｇ ａ — ｉｅ ｒｉ ａ ， ｕ ｈａ ｔ ， ｒｕ ｄｔ ｐ ｒｔ ｅ ｆ ｅ ｒｕ ｄｔ ｅａｄｄｒ ｔ ｎａ ｄｄｇｅ ｆ ｈ ｌ ｅ ｌ ｗ ｅ ｅ ｕ ｏ ｙ ｅ ｏ ｔ ｏ
对 于 “ 年 冻 土 区斜 坡 路 堤 ” 多 的定 义 ， 者 认 为 ， 笔
应从工 程 的角度 出发 ， 在坡 度 上 有 一 个界 定 。根 据 对
青 藏铁 路 多 年 冻 土 区 的特 殊 性 以及 路 基 工 程 的重 要
性 ， 议冻 土斜 坡 的坡 度 限制条 件 为 ： 建 对于 低含 冰量 多 年冻 土地段 ， 将斜 坡 的坡 率 限制 在 大 于 １： （ 横 可 ５即
这种 周期性 变化通 过改 变坡 体 内的 水分 分 布 ， 降低 土
体 的抗 剪强 度 ， 从而 降低斜坡 路堤 的整体 稳定性 ， 进而 引起斜 坡路 堤滑动 。 其作 用方 式 主 要有 两 种 ， 一种 发 生在地 表附 近 ， 引起 小 规模 浅 层 滑塌 、 流 等 ， 可 泥 即斜
ｐｅｍ ａｒ ｓ ｌｎ ｈ ａｌ ｙ ａ ｄ ｗａｅ — ｈ ａ ｎ ｉｏ ｍ ｅ ｔ ａ ｏ ｎｄ ｔ ｅ ｅ ａ ｋ ｎ ｆｒ ｉ ｙ． Ａｔ ｔ ａ ｉ ｒ ｆｏ ｔａ ｏ ｇ ｔ ｅ ｒ ｉ ｗａ ｎ ｔｒ ｅ ｔｅ ｖｒ ｎ ｎ ｒ ｕ ｈ ｍｂ ｎ ｍｅ ｔｏ ａｌ ｗａ ｈｅ ｓ ｍｅ ｔｍｅ，ｔ ｅ ｈ
坡表 层受到 的冻融 破 坏作 用 ； 一种 是 由于冻 结滞 水 另
横 坡倾 角不小 于 ５ 控制 （ 。 即斜坡 坡率 大 于 １： １４ 。 ｌ． ）
故 本论文 所讨论 的“ 年冻 土 区斜坡 路堤 ” 多 是指 ： 含 低
冰量 多年冻土 地段 自然 地 面坡 度 陡 于 １ ． 。 坡 率 比 １３ （
Ｓｏ ｅｉ ｅｍａｒ ｓ Ｒ ｇｏ ｌｎ ｎ ｈ ｉ— ｉｅ ｉ ｙ ｌｐ ｎＰ ｒ ｆｏｔ ｅ ｉｎ ａｏ ｇＱｉｇ ａ —Ｔ ｂ ｔ Ｒａｌ ｗａ

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青藏铁路建设中冻土工程结构稳定性研究

青藏铁路建设中冻土工程结构稳定性研究

一、研究科学意义和国家需求青藏高原是世界上面积最大、海拔最高的高原，地理位置独特，自然环境恶劣，地质条件复杂，素有“世界屋脊”、“地球第三极”之称。

青藏铁路格拉段将穿越约547km多年冻土地段，全线线路海拔高程大于4000m地段约960km，在唐古拉山越岭地段，线路最高海拔为5072m，为世界铁路海拔之最。

“高原”和“冻土”问题是本线的两大难题，其特殊性和复杂性在世界上独一无二。

在青藏高原多年冻土地区建设铁路是从未实践过的新的技术领域，随着几十年来自然条件和气候的变化、科学技术的飞速发展、科研成果和工程实践经验的积累，我们对自然和冻土的认识也在不断的加深。

七十年代以前我们认为高原冻土是发育的，而目前现状是随着全球气温升高，高原冻土呈退缩趋势；七十年代以前研究重点侧重于冻土腹部地带的高含冰量冻土，但青藏公路整治的情况表明，冻土区边缘地带及高温冻土地带各类工程病害多于低温冻土地带；过去确定一个路基临界高度来涵盖全线，现在看来必须按不同地温分区、土质及气候条件来考虑路基合理高度；现代科学技术水平的发展及新材料、新工艺的不断出现，为防治各类工程冻害提供了新的手段，有必要对其进行应用研究。

所以青藏线格拉段的修建仍带有很强的探索性、科研性，为了尽快取得高原多年冻土区铁路设计、施工经验，先行试验段的建设具有不可替代的重要意义。

“高原多年冻土区试验工程”也充分体现了我们在高原多年冻土区的设计思想，是设计原则的检验，其各阶段的观测结果将分别是指导、调整设计和施工的依据，实现青藏线格拉段铁路的动态设计和施工。

二、立项科学依据青藏铁路修筑的两大关键问题：高原和冻土。

青藏铁路成功的关键在于路基工程，而路基工程的关键在冻土，冻土作为一个极为重要的关键因素，必须进行深入的研究，以此来保证青藏铁路工程的顺利实施和正常高速运营。

青藏铁路路基稳定性要求。

冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰，水分产生迁移并具有相变变化特征，因此，冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征，并具有融化下沉性和冻胀性。

青藏铁路冻土路基分析及防治方法

青藏铁路冻土路基分析及防治方法

青藏铁路冻土路基分析及防治方法摘要：青藏铁路是世界上海拔最高、线路最长的高原铁路,解决了多年冻土这一世界性工程难题。

冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤，是一种对温度极为敏感的土体介质。

在冻土区修筑工程构筑物面临两大危险：冻胀和融沉。

本文主要围绕修筑青藏铁路过程中的冻土问题，以及从多年冻土区路基沉降变形、冻胀及不良地质环境等方面,系统论述了路基工程的主要病害类型、影响因素和防治方法。

关键词：青藏铁路；冻土；路基；防治方法0 引言我国是世界上第三冻土大国,约占世界多年冻土分布面积的10%,约占我国国土面积的21.5%。

青藏铁路格尔木至拉萨段多年冻土区线路总长约554km,其中,多年冻土地段长度448km,占多年冻土区线路总长的81%,融区地段长度106km,占19%[1]。

外界条件的变化会导致冻土升温，造成冻土内部结构发生变化进而引起冻土承载力降低，最终导致冻土路基会产生裂缝、冻胀、沉降等现象，影响路基长期稳定。

青藏铁路建设面临的核心技术难题之一在于如何在高温、高含冰量多年冻土地基上修筑稳定的线路。

1 青藏铁路沿线的冻土特征青藏高原冻土区是北半球中、低纬度地带海拔最高、分布面积最广、厚度最大的冻土区，北起昆仑山，南至喜马拉雅山，冻土面积为141万平方公里，占我国领土面积的14.6%。

青藏高原多年冻土的生存、发育和分布主要受到地势海拔的控制，随着地势向四周地区倾斜形成闭合的环状。

2 冻土区铁道路基主要病害2.1路基沉降变形沉降变形是多年冻土区铁路工程最主要的病害，其多发生在含冰量大的粘性土地带。

多年冻土区路堤变形的最主要因素是融沉。

积水渗透和路堤本身的热效应会引起路基的融沉。

冻土融沉还与地基土体、含水量、冻土层中粉黏粒含量等因素密切相关。

2.2冻胀季节性冻土区的路基病害以冻胀为主，直接影响到铁路的平顺性，给铁路工程安全带来严重隐患。

影响路基冻胀的主要因素有土质、温度和水分。

黄新文等[2]根据吉珲客运专线路基冻胀变形的监测数据，发现基床排水不畅是引起路基冻胀变形较大的主要因素。

青藏铁路安多段高温极不稳定冻土斜坡路基稳定性分析的开题报告

青藏铁路安多段高温极不稳定冻土斜坡路基稳定性分析的开题报告

青藏铁路安多段高温极不稳定冻土斜坡路基稳定性分析的开题报告一、选题背景青藏高原地处高寒和半干旱区域，受冻融交替、降雪和风蚀等自然因素的影响很大，地表冻土广泛分布。

青藏铁路是中国部分高原地区的重要铁路干线，自建成以来一直受到冻融环境的严重挑战。

在铁路铺设过程中，由于该地区气温日较差大、降水少、年均气温低等特点，铁路建造中所使用的材料对冻融性要求极高。

近年来，随着气候变化和环境污染的影响，青藏高原地区的冻土发生了较大变化，导致铁路线路受到较大的影响，进一步造成了许多严重的安全事故和运营障碍。

二、研究目的本研究旨在探究青藏铁路安多段高温极不稳定冻土斜坡路基的稳定性问题，针对不同斜坡、地质和气候条件，分析冻土的本质特点和变化规律，并通过数值模拟方法对路基稳定性进行仿真分析，为铁路设计提供参考依据。

三、研究内容1. 青藏高原地区冻土的形成机理和分布特点分析；2. 音速测晶仪测试和冻融循环试验分析冻土的物理力学性质；3. 基于有限元模型（FEM）和等效弹性模量（EEM）的数值模拟方法，对安多段高温极不稳定冻土斜坡路基的稳定性进行仿真分析；4. 通过现场观测数据和模拟结果分析路基的温度分布、荷载分布、位移变形以及预测其稳定性。

四、研究方法本研究主要采用实验分析和数值模拟相结合的方法，通过有限元模型进行数值仿真分析，对路基稳定性进行评估。

同时，结合古气候和现代环境变化研究方法，对过去和目前冻土的变迁进行分析比较，为研究青藏高原地区冻土形成和变化机理提供支持。

五、研究意义本研究的结果对于青藏铁路在高海拔和特殊气候条件下的稳定和安全运行具有重要意义。

通过分析引起冻土变化的主要因素和影响因素，研究出相应的应对措施和技术手段，为青藏铁路的建设、改建和维护提供了有效的参考依据，也为其他高海拔铁路建设提供了借鉴和参考。

青藏高原多年冻土地区路基热稳定性影响因素分析

青藏高原多年冻土地区路基热稳定性影响因素分析

文章编号:0451-0712(2005)05-0001-05 中图分类号:U416.16 文献标识码:A青藏高原多年冻土地区路基热稳定性影响因素分析汪海年,窦明健(长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室　西安市　710064)摘　要:随着全球气温的持续变暖,多年冻土地区路基的热稳定性受到了广泛关注。

考虑了诸多影响多年冻土地区路基热稳定性的主要因素并进行综合分类,将其归纳为外部气候条件、冻土内在因素及公路工程特点3类,初步分析了各影响因素的变化状况及其影响效应,提出了各因素间的相互作用关系图式。

关键词:道路工程;多年冻土;路基稳定性;影响因素 青藏公路是国道109线的重要组成部分,承担着90%左右进藏物资的运输任务,具有重大的政治、国防、经济价值。

该线穿越多年冻土地区760km,其中大片连续分布多年冻土区550km。

随着近年青藏高原地区气候的持续变暖,多年冻土年均地温普遍升高,呈退化趋势,路基病害普遍发生,多年冻土地区路基的热稳定性受到了广泛关注。

本文对青藏高原多年冻土地区路基热稳定性的影响因素进行综合分析,为冻土路基温度场研究及路基病害的防治提供参考依据。

冻土路基为紧密依附于天然地面层的经人工填筑、开挖而成的带状构造物,并与其基底的多年冻土层及以外一定范围内的土体形成共同体系,共同承受外部环境对其施加的自然力的影响。

因而,影响冻土路基热稳定性的因素极其复杂,总体上可分为3类:外部气候条件、冻土内在因素及公路工程特点。

1　外部气候条件气候条件是路基体系外部自然环境,包括年平均气温、太阳辐射状况、风速、风向、大气降水、降雪以及蒸发等。

号称“世界第三极”的青藏高原因其独特的自然地理条件(低纬度、高海拔),造就了独特的多年冻土分布,其气候条件与其他地区也呈现较大的差异性。

111　气温在诸多气候要素中,气温是很重要的能量指标。

气温变化受海拔的影响,与多年冻土的分布具有良好的相关关系,直接影响着多年冻土的生存环境。