摘要
近年来，全球平均气温持续升高，对青藏高原地区的气候和自然环境也产生了明显的影响。相比于其他地区，青藏高原多年冻土区对气候变暖和工程的扰动更为敏感，由此引起的多年冻土退化将直接影响路基稳定和行车安全。为了深化针对气候变暖条件下青藏高原多年冻土区运营铁路路基稳定性及服役性的研究，本文依托国铁集团“青藏高原气候变化对青藏铁路影响研究”重大项目，以运营近20年的青藏铁路沿线不同防护形式的路基为研究对象，通过理论分析、室内试验、数值仿真计算相结合的方法，对无防护路基、片石路基、片石护坡、热棒路基四种不同防护形式路基的地基多年冻土服役状态和退化特征展开研究，该研究可为气候变暖影响下的青藏铁路病害治理提供理论支持。本文主要研究结论如下: (1)利用COMSOLMultiphysics有限元软件的系数型偏微分方程及固体力学模块，建立了适用于土体冻融循环的水-热-力耦合模型，并通过一维冻胀融沉试验验证了计算模型的可靠性。 (2)对青藏高原清水河附近无防护路基进行建模分析，并将计算模型所得的温度场和变形场数据与现场实测所得的数据进行对比验证，进一步证明了模型的准确性。基于此模型开展了气候变暖条件下无防护路基未来30年内温度场及变形场的计算，结果表明自路基正式运营开始计算，在0.037℃/a升温幅度下，多年冻土上限下降速率先快后慢，下降幅度约-2.2m,路基累计沉降量超-160mm,并呈缓慢增长趋势。在0.056℃/a升温幅度下，多年冻土上限退化幅度为-2.55m,退化速率约为8.5cm/a,路基累计沉降量达到-195mm。 (3)对不同防护措施下的路基开展了气温逐年升高条件下30年内稳定性预测。施加路基防护措施后各路基的多年冻土上限退化速率及路基沉降量都得到了一定的控制，自路基运营后开始计算，在15～20年内趋于平稳。在0.037℃/a升温条件下，通过模型计算得到不同保护措施路基的多年冻土上限退化速率依次为:片石路基3.1cm/a、片石护坡3.6cm/a、热棒路基4.5cm/a，其对应的最大沉降量依次为-56mm、-65mm、-93mm;在0.056℃/a升温条件下，片石路基、片石护坡、热棒路基的多年冻土上限退化速率依次为3.3cm/a、4.3cm/a、4.8cm/a，路基最大沉降量依次为-63mm、-74mm、-108mm。根据仿真计算结果，得出四种路基的保护效果依次为片石路基＞片石护坡＞热棒路基＞无防护路基。
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