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寒區道路病害防治與保障技術

寒區道路病害防治與保障技術，主要通過野外調研、室內試驗、理論分析、野外監測以及數值模擬相結合的研究手段，對寒區熱管傳熱參數及其高等級公路的降溫效果、穩定性和防治技術進行了研究，篩選出了影響熱管路基傳熱特性的主要因素。一、項目分類關鍵核心技術突破二、成果簡介寒區道路病害防治與保障技術，主要通過野外調研、室內試驗、理論分析、野外監測以及數值模擬相結合的研究手段，對寒區熱管傳熱參數及其高等級公路的降溫效果、穩定性和防治技術進行了研究，篩選出了影響熱管路基傳熱特性的主要因素，揭示了環境條件、熱管幾何結構、埋設方式等因素對熱管傳熱特性的影響規律，確定了路基中熱管傾斜角度以及長度比等關鍵參數的合理取值，通過室內試驗和野外監測，篩選出了寒區降溫效果和穩定性較好的熱管復合路基，給出了在氣候變暖條件下，能夠有效保證寒區區寬幅高等級公路穩定性的熱管復合路基結構，并利用數值模擬的手段，提出了適用于寒區寬幅高等級公路的新型遮陽通風路基結構，可為川藏高速、青藏高速公路、滇西北高速公路等寒區高等級公路的建設提供科學參考。圖1 多年凍土區高等級公路研究路線我國寒區范圍廣闊，有著強烈的道路工程建設需求，國家的交通網規劃中寒區是新的建設熱點區域之一，如圖2所示。滇西北位于北緯24°38'~29°15'、東經98°05'~101°16'之間，面積為7.98萬平方km，地處青藏高原與云貴高原的過渡地帶，位于喜馬拉雅山脈東部的橫斷山脈縱向嶺谷區，其中怒江、瀾滄江、金沙江最近處僅64km左右，形成獨特的“三江并流”奇觀。受青藏高原抬升和眾多河流切割影響，縱向嶺谷相間分布，山高谷深，地形起伏極大，擁有南亞熱帶、中亞熱帶、北亞熱帶、暖溫帶、溫帶、寒溫帶和寒帶等多種氣候類型，多數地區氣候寒冷，地勢險峻，土壤瘠薄，生態環境極其脆弱。圖2 中國公路自然區劃圖強烈的大溫差變化使得道路路基具有明顯的溫度效應，再輔以西南地區降雨量大的特點，加劇了道路路基的損傷變形和病害的產生。這些病害在川藏公路等低等級道路運營中危害較小，但是像川藏鐵路和川藏高速公路這種高標準、嚴要求的國家重大基礎設施工程，極易造成重大的交通安全隱患。因此，在川藏交通通道內，亟需調查道路路基病害現狀，分析建立路基水熱力耦合計算模型，深入理解道路路基病害形成機理，并提出合理的道路路基病害治理措施，評價復雜工程環境下道路路基長期服役性。因此，正開展以下工作：以川藏通道內路基為研究對象，通過現場調查和文獻調研川藏通道內季節性凍土道路路基現場實際存在工程病害問題現狀，研究川藏通道季節性凍土路基在氣溫、降雨、地下水、交通荷載類型、積雪和地震等特殊條件下的工作狀態，分析路基病害問題及發生機理，初步確定產生路基病害的主要因素；采取理論研究、室內試驗和數值模擬相結合的研究手段，闡釋復雜工程環境（氣溫、降雨、地下水、交通荷載類型、積雪和地震等）作用下季節凍土區路基水熱力相互作用機理，建立路基水熱力相互作用計算模型，開展季節凍土區路基溫度場、水分場和應力（變形）場的數值模擬，進行室內大型模型試驗，評估季節凍土區路基土體凍脹區、水分聚集區和塑性區等變化規律，綜合考慮土體應力集中和塑性區特征，明晰季節凍土區道路凍融災害機理，提出路基病害發生的判別依據，揭示路基凍害形成機制及主控因素，進而提出相應的季節凍土區新型路基結構，評價其服役狀態（穩定、劣化、破壞等）。

西南石油大學 2022-08-16

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