寒区道路病害防治与保障技术

寒区道路病害防治与保障技术，主要通过野外调研、室内试验、理论分析、野外监测以及数值模拟相结合的研究手段，对寒区热管传热参数及其高等级公路的降温效果、稳定性和防治技术进行了研究，筛选出了影响热管路基传热特性的主要因素。

一、项目分类

关键核心技术突破

二、成果简介

寒区道路病害防治与保障技术，主要通过野外调研、室内试验、理论分析、野外监测以及数值模拟相结合的研究手段，对寒区热管传热参数及其高等级公路的降温效果、稳定性和防治技术进行了研究，筛选出了影响热管路基传热特性的主要因素，揭示了环境条件、热管几何结构、埋设方式等因素对热管传热特性的影响规律，确定了路基中热管倾斜角度以及长度比等关键参数的合理取值，通过室内试验和野外监测，筛选出了寒区降温效果和稳定性较好的热管复合路基，给出了在气候变暖条件下，能够有效保证寒区区宽幅高等级公路稳定性的热管复合路基结构，并利用数值模拟的手段，提出了适用于寒区宽幅高等级公路的新型遮阳通风路基结构，可为川藏高速、青藏高速公路、滇西北高速公路等寒区高等级公路的建设提供科学参考。

图1 多年冻土区高等级公路研究路线

我国寒区范围广阔，有着强烈的道路工程建设需求，国家的交通网规划中寒区是新的建设热点区域之一，如图2所示。滇西北位于北纬24°38'~29°15'、东经98°05'~101°16'之间，面积为7.98万平方km，地处青藏高原与云贵高原的过渡地带，位于喜马拉雅山脉东部的横断山脉纵向岭谷区，其中怒江、澜沧江、金沙江最近处仅64km左右，形成独特的“三江并流”奇观。受青藏高原抬升和众多河流切割影响，纵向岭谷相间分布，山高谷深，地形起伏极大，拥有南亚热带、中亚热带、北亚热带、暖温带、温带、寒温带和寒带等多种气候类型，多数地区气候寒冷，地势险峻，土壤瘠薄，生态环境极其脆弱。

图2 中国公路自然区划图

强烈的大温差变化使得道路路基具有明显的温度效应，再辅以西南地区降雨量大的特点，加剧了道路路基的损伤变形和病害的产生。这些病害在川藏公路等低等级道路运营中危害较小，但是像川藏铁路和川藏高速公路这种高标准、严要求的国家重大基础设施工程，极易造成重大的交通安全隐患。因此，在川藏交通通道内，亟需调查道路路基病害现状，分析建立路基水热力耦合计算模型，深入理解道路路基病害形成机理，并提出合理的道路路基病害治理措施，评价复杂工程环境下道路路基长期服役性。

因此，正开展以下工作：以川藏通道内路基为研究对象，通过现场调查和文献调研川藏通道内季节性冻土道路路基现场实际存在工程病害问题现状，研究川藏通道季节性冻土路基在气温、降雨、地下水、交通荷载类型、积雪和地震等特殊条件下的工作状态，分析路基病害问题及发生机理，初步确定产生路基病害的主要因素；采取理论研究、室内试验和数值模拟相结合的研究手段，阐释复杂工程环境（气温、降雨、地下水、交通荷载类型、积雪和地震等）作用下季节冻土区路基水热力相互作用机理，建立路基水热力相互作用计算模型，开展季节冻土区路基温度场、水分场和应力（变形）场的数值模拟，进行室内大型模型试验，评估季节冻土区路基土体冻胀区、水分聚集区和塑性区等变化规律，综合考虑土体应力集中和塑性区特征，明晰季节冻土区道路冻融灾害机理，提出路基病害发生的判别依据，揭示路基冻害形成机制及主控因素，进而提出相应的季节冻土区新型路基结构，评价其服役状态（稳定、劣化、破坏等）。