摘要
建设在冻土地区的铁路，由于当地复杂的地质条件和气候等不良因素，铁路路基的稳定性也因此受到影响。由于季冻区内路基冻胀现象对列车的运行安全构成极大的威胁，本文以季冻区长春—白城高速铁路路基工程为背景，重点关注吉林省松原市查干湖车站附近铁路线路冻胀问题。通过分析监测数据、建立路基-地基有限元模型，并分析其在温度场、位移场等分布规律，分析路基结构的稳定性，为季冻区内铁路路基的稳定性研究和铁路路基冻害治理措施提供参考。主要研究内容与成果如下： (1)通过对查干湖车站铁路路基结构的温度、含水率以及水平、竖向位移监测数据进行整理分析，发现：查干湖车站所在区域土壤温度变化规律与大气温度一致，但受到土壤自身性质的影响，土壤温度的变化幅度更小，并且与大气温度之间存在6-8天的滞后期；该区域土壤含水率在春秋变化幅度较大，在冬季变化不明显；路基结构的水平、竖向位移会经历冻胀初始、快速发展、冻胀稳定以及融沉四个阶段，在快速发展以及融沉阶段内路基位移变化最显著。 (2)将温度监测数据拟合函数作为路基—地基模型的温度场上边界条件，使用ANSYSAPDL有限元分析软件分析季冻区内路基—地基结构的温度场分布以及温度场发展变化规律，发现：在冻融过程中路基表面受到的影响最显著，而模型内部受外界温度影响较小，土体内部存在温度为8℃左右的恒温区。冻融期内路基温度场沿深度方向均呈现分层分布的特点，具体表现为土体内部的温度随深度的加深先迅速升高，再缓慢减小，融化期的表现形式与冻结期完全相反。在冻结期内，路基土体表现为单向冻结，土体冻结速率较慢，而在融化期内则表现为双向融化的特点，融化速率较快。 (3)通过间接耦合的方式对路基结构模型在不同工况下冻结期、融化期内的位移、应力分布规律进行分析，发现：路基—地基结构在冻融过程中产生的位移随时间变化曲线均表现出随时间先增加后减小的规律。在不同填筑高度下，路基结构产生的冻胀位移均呈现随时间推移先增加后减小的趋势。填筑高度为2m时，路基最大冻胀位移为18.42mm；填筑高度为0.5m时，路基最大冻胀位移8.44mm。路基结构不同位置处产生的冻胀位移变化趋势整体相同，均表现出随时间先增加后减小的规律。路基应力场的分布沿线路中心呈对称分布，并且在地基内部呈分层的分布的特点。埋深不同位置的应力随时间变化趋势基本相同，均表现为随时间推移应力先增加再减小。在冻融期内，土壤含水率的增加，会导致路基结构位移增大。对整体结构的稳定造成影响。使用热稳定系数对路基结构热稳定性进行评价，查干湖车站铁路路基属于基本热稳定型路基结构，外界活动只会对路基造成较小的影响。
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