动荷载条件下多年冻区斜坡路基稳定性研究

摘要

多年冻土区斜坡段路基稳定性对铁路长期运营具有潜在的威胁,随着道路建设及运营,改变了原天然地表与大气之间的热量平衡条件,打破了原多年冻土的水热平衡状态,导致路基下伏多年冻土天然上限发生改变,加之常年列车荷载及可能发生地震的条件下,出现路基病害的可能性大。针对出现的路基病害,分析其病害特征、产生机理,并进行稳定性评价,对路基工程设计、施工及道路维护有指导性作用,对保证铁路的安全运营具有重要意义。
　　 本文在国家“十一五”科技支撑项目《青藏铁路运营安全保障系统研究》中“多年冻土工程检测与病害防治技术研究”课题之子课题“冻土斜坡路基的稳定性评价与整治措施研究”支持下,以现场调研及实测为基础,开展了室内静、动力学试验研究及室内模型试验研究,并通过数值模拟计算方法,进行了动荷载条件下多年冻土区斜坡路基动力响应分析,取得了以下几个方面的研究成果:
　　 (1)进行实地调研并选取试验路段,开展试验段典型土样的室内基本土性分析试验,掌握其基本土性特性,进行土样的工程分类；进一步开展了冻结粉质粘土静、动三轴压缩试验研究,分析不同温度、不同含水率及不同围压条件下冻土强度、动弹性模量变化趋势,并总结了不同试验条件下冻土强度、动弹性模量、动剪切模量及动阻尼比的试验结果。
　　 (2)通过室内三轴压缩试验,分析了粉质粘土及砂砾土饱水后其土体强度的变化；考虑路基表面不同动荷载条件、冻土斜坡路基不同温度分布及不同含水率条件,开展了室内模型试验以模拟季节融化期列车荷载条件下冻土斜坡路基的稳定性状况,分析了试验过程中冻土斜坡路基模型的温度变化及变形特征,通过含水率的测试,分析了试验过程中水分迁移特征,阐述了冻土斜坡路基的破坏形式及破坏位置,指出了冻土斜坡路基的潜在滑动面。
　　 (3)通过数值模拟计算方法,分别对地震荷载及列车荷载条件下冻土斜坡路基动力响应进行了研究,分析了地震条件下不同频率地震波、不同坡度、不同路基断面形式对冻土斜坡路基稳定性的影响和列车荷载条件下坡度对斜坡路基稳定性的影响。
　　 (4)总结分析了室内试验、模型试验、地震荷载及列车荷载作用下斜坡路基响应等研究成果,充分考虑所有的影响因素,利用层次分析法(AHP)结合模糊数学理论,提出了基于可靠度的多年冻土区斜坡路基稳定性评价方法。