铁路冻土区土体冷生过程对路基变形影响的研究

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摘 要：正常情况下，地基土体出现变形的原因是因为受到了土体压密过程的控制。冻土现象一般也只是出现在高寒地区，就以我国大兴安岭牙林线来说，该铁路经过的地区环境极其恶劣，长年年平均温度零下5摄氏度，在该铁路的建设初期受到的很多问题的困扰，其中冻土就是工程师们必须要克服的主要问题之一。本文对填土路基在修筑之后土体冷生火车和工程实例数据的研究，明确说明了冻融过程的不同时期冻土路基和土体冷生过程有极其大的联系。相关研究表面控制好填土路基冷生过程其持续时间与填土路基地温场的形态，能够有效减低冷生过程与铁路长时间运行过程中路基变形以及保障冻土地区路基过程长时间稳定性。

关键词：铁路冻土区；土体冷生过程；路基变形

中图分类号： X731 文献标识码： A 文章编号：

引言

就以传热过程来说，填方路堤使得大气与土体的热量之间的转化界面不断往上移动，同时界面的几何状态会转出较为繁杂的状态，其冻土不会直接利用地表或者大气实施热传递，主要是借助热量合理传递性可以实现各不等同的路堤组织与大气实施热量的交换，另外，因为在新热力平衡状况完全形成之前，其路堤作为所附加的负载作用还在转变的过程中，在此种情况下冻融界面以上的土体与冻融界面之下冻土中，导致冻胀与融沉变形过程较为繁杂。

一、路基土体冷生过程阶段特征

众所周知，在地球上热能量的主要来源就是太阳，太阳辐射使得才使得冻生过程有了热量，其地球表面的温度或者热力为此类能够大小的直观体系，土体里面地温场形态为此类能量作用的最后表现。于过程竣工初期的第一个年份变化至第二个年份或者第三个年份的阶段中，其填土路基与路基下面的土体会随着自然环境的温度的变化与冻土地层温度循环的变化而出现不适很温度至较为稳定的冷生过程[1]。

二、在冷生的过程中，其路基变形的步骤与路基变形的组成

依照相关理论知识我们能够发现，土体只会在一定温度下，最基本的是要达到冻结温度（该温度没有固定值，一般在零度左右，甚至是零度以下）才会出现融化压缩变形的情况，土体的温度在冻结温度之下，同时含水量达到一定程度的情况下，其冻胀变形才具备基本的条件，在冻土温度达到一定程度（正常值是0摄氏度到0.5摄氏度）以及长时间恒载的条件中，其冻土特别是高温冻土出现长时间蠕变变形。查阅资料能够发现，冻土冷生过程所控制的冻土地区路基基本上能分成以下四种：即不同时期土体冻胀、冻土的压缩变形以及冻土长时间蠕变变形、融沉变形。此四种变形于路基土体的冷生过程各个阶段都会出现完全不一样的变化[2]。

三、土体冷生过程对其路基变形的影响

本文分析研究了内蒙大兴安岭铁路的冻土地区路基土体冷生过程，通过分析发现，土体冷生过程和其结果为控制好路基变形最为关键的因素。

土体冷生过程处于动态的变化过程中其对路基变形的影响。其冻土地区的自然环境、水质以及地表形态、岩性为土体出现冷生最为关键的要素。在相同的地区此类要素是温度的，土体冷生过程随着时间的推移基本上是相同的。

其填土路基施工借助人工过程的活动、以及填土自身能够蓄积一定的热点以此为土体冷生过程带来非常多的热量影响，填土亦改变着岩性、地表形态以及水分，最终使得土体的冷生过程出现非常大的变化。此类变化指代土体冷生的过程是于动态的不断改变中的，这样就直接使得不同时期出现冻融改变的土体厚度增大，以此使得路基变形及其不温度[3]。

因为路堤的修建的筑成会对土体的散热条件有着非常大的影响，其施工时间段内过程活动对于冻土自然环境以及冻土自身而言，有着热干扰效果，其填土本身热力等一些不够准时散热因素，于冻结时间冻土自然上限和土体不会准时冻结，而冻土自身受到了来自不同程度或不同原因的扰动会出现部分融化的现象。

四、冻土区路基工程病害标准根据设计速度对铁路轨道平顺性要求确定路基变形的标准，从而确定了冻土区路基病害标准，由于路基变形的发生与路基土体论述过程密切相关，因而路基地温场在一定程度上决定了路基变形的发生、发展，所以地温特征是预测预警路基病害的主要依据。根据以上观点，目前冻土区路基工程病害发生潜在地段的工程地质条件、路基工程稳定性发展趋势进行了分析评价，并对今后可能发生的病害类型、整治方法进行了初步研究，冻土区路基病害最终是以工程变形的形式表现出来，病害的潜在发生和发展是以路基地温场特征显现的。冻土区路基稳定性发展趋势判断主要依赖于路基地温场形态特征的变化，这种变化主要通过冻土区工程长期观测形态的观测数据对以下特殊地温特征变化进行分析：

①根据对不良冻土环境引发的路基工程病害的论述，可以得知这类病害问题的核心是热融和冻胀作用通过水分表现出来的工程变形和位移。

②预警问题关键在于对地表冻土现象冰锥、冰丘、热融洼地、热融湖塘、热融边坡来源及发展趋势的观测，对有可能危及路基的这些冻土现象提前引导或阻止其向路基本体侵蚀。

③对路基纵向和横向一定范围内，自然地质营力对地形地貌的改变和发展趋势，或者非冻土原因路基基底土体的力学稳定性的变化，热融活跃地段宏观热融作用对路基病害的影响，这些都要通过宏观观测及土体力学性质化验来判断。

④冻土区路基病害整治技术应该包括施工期预防性技术，潜在期控制技术和显现期整治技术。

五、路基土体的冷生过程控制探析

就路基土体的冷生过程和它对路基变形的相关影响分析的目的是为了在冷生的过程中所有时期内，控制出现冻融循环转变的土层厚度，以此控制好路基时期变形量，降低路基温度的时间。调整控制冷生过程的效果是，使得路基地温场的形态能够完全对称，以此降低变形出现的差异性。同时也使得路基人为上限可以尽最大努力提高，控制好多次冻融反复过程中，其路基的变形总量，把冻土的温度尽量降至最低，最终降低路基长时间变形的情况。

六、结语

冻土地区自然环境的温度、水分以及岩石的性质、和大气所直接接触的地表形态与冻土温度，为土体冷生过程中最为关键的影响要素。填土路基中所出现的冷是过程，理论上来说实际上为土体提到冻结融化的过程与路基温度场其形成的过程。

参考文献：

[1]吴志坚,马巍,盛煜,牛富俊,孙志忠.通风管、抛碎石和保温材料保护冻土路堤的工程效果分析[J]. 岩土力学，2010(08) .

[2]曹玉新,张鲁新,许兰民,韩利民.青藏铁路冻土区路基工程安全可靠性监测技术研究[J]. 工程地质学报，2009(06) .

[3]孙志忠,马巍,温智,李东庆,冯文杰.青藏铁路多年冻土区普通路基地温监测及其预测分析[J]. 铁道学报，2010(03) .