多年冻土公路工程地质报告简本

PAGEPAGE57西技项目合同号：2：战多帮遭年耀顶冻占娱土己理公宗耳路逐向工缎架程裹妨地嚼谣质早研无罢线究忙屑周报滚酬钩告与批敏简淋蔑罩本今中璃交川第晌浩察井设岸计搬研教究倦院猎2笨0勿0斯4钩年帅1配2裤月貌中庸文鞠题灿名芽多宪年时冻绿土源公笛路乱工卧程豆地乐质寸研农究场英球文委题琴名黎S块t完u摇d艘y灶之o贞n等竖H划i筐g饱h常w伞a挪y犁伯E监n题g子i司n卖e忙e怨r玩i期n羡g郊嫌G参e踪o蛙l隔o恶g飞y哄仅o惊f劈拌P令e间r测m六a对f枣r冶o边s汪t听交怖通僻编爬号逃项灿目像来孝源抬西看部使交侍通帅建旬设安科赖技恩项区目荣单蛾位隙编扎号秃合丛镇同焦螺号阵2签0结0段2及米3臂1座8帆式0慈0涨0轮怎0筋1离分应岛类远贩号役项前目冒起截止部年刊限览2狼0扫0快2较~赞2稳0号0依4元第丙一糊完趟成球单弓位故中理交客第董一禾公掩路

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桃1橡1PAGE12中交第一公路勘察设计研究院引言项目概况《多年冻土公路工程地质研究》是交通部西部交通建设科技项目立项的研究课题《多年冻土地区公路修筑成套技术研究》的第一课题，合同编号为200231800001。本课题自2002年7月正式立项，历时2.5年时间，于2004年12月完成了项目研究报告的编写。本课题承担单位是中交第一公路勘察设计研究院，参加单位为中国科学院寒区旱区环境与工程研究所和铁道部第一勘察设计院。总体目标多年冻土公路工程地质研究是多年冻土地区公路修筑技术研究中的基础性研究工作，通过本课题的研究，对国内多年冻土区公路工程地质区划、分类、勘察技术标准、勘察方法等进行全面的、系统的研究，以便指导冻土区公路工程地质勘察或相似条件下的公路工程地质勘察，为青藏公路的高速化建设提供必要的技术储备。1．项目研究目的意义中国的多年冻土面积占国土面积的22.3%，在世界上占第三位，分别分布在我国西南、西北和东北地区，其中高海拔多年冻土面积则为世界之最。随着中西部经济发展步伐的加快，尤其是中央实施西部大开发，在解决各类冻土问题中，冻土的系统研究具有重大的经济、政治意义。“十五”期间我国集中力量建设西气东输、西电东送、青藏铁路、青藏公路等一批具有战略意义的重大项目都面临着冻土问题。青藏公路自1954年始建以来，一直是进出藏最主要通道上唯一的运输线，承担着85%—90%的进出藏物资货运量以及67%的客运量，对西藏地区的政治稳定、民族团结、社会发展、经济繁荣和我国的西南边防建设起到了决定性的作用，被誉为西藏的“生命线”。然而，由于青藏线穿越青藏高原腹地高海拔、低纬度的多年冻土区，冻土灾害时有发生，造成公路路基不均匀沉陷、波浪、滑溜，局部路基开裂等，沥青路面则表现为纵缝、横缝、网裂、龟裂，局部路段存在坑槽、松散、泛油等病害，严重影响了青藏公路的通行能力，严重制约了该地区的经济开发、建设与发展，同时给该区的国防建设等也带来了一定的影响。青藏公路自20世纪70年代以来经历了1973～1985年的二次改建及1992～1996年、1996～1999年一、二期整治大修，2001年6月青藏铁路工程的开工更是对青藏公路提出了更高的使用要求，但是由于多年冻土的特殊性以及铁路与公路所面临的具体问题不同决定了多年冻土区与一般地区的公路工程地质勘察的常规方法及勘察项目存在较大的差异性。同时，我国地域辽阔，不同的地区——如东部冻土区、西北冻土区、西南冻土区等，其冻土特征亦不相同，使得冻土区工程地质勘察套用现行有关技术标准缺乏合理性。目前执行的规范、规程也只对其钻探、试验方法等也只作了一般规定，对于工程物探在冻土区工作方法涉及较少。特别是国家十一五规划已经将青藏公路高速公路建设提上日程，由于青藏高原特殊的地理环境，高速公路修筑将面临着比青藏公路复杂得多的冻土工程地质病害问题，高速公路本身的安全、高速、舒适的行车要求也将结合公路建设提出更高更新的目标。因此，有必要对国内多年冻土区公路工程地质区划、分类、勘察技术标准、勘察方法等进行全面的、系统的研究，以便指导冻土区公路工程地质勘察或相似条件下的公路工程地质勘察，为青藏公路的高速化建设提供必要的技术储备。3．主要研究内容及实施方案3.1主要研究内容3.1.1多年冻土勘察技术研究3.1.2多年冻土公路工程地质区划研究3.1.3多年冻土公路工程分类研究3.1.4冻土现象公路路基稳定性影响评价研究3.1.5多年冻土公路路基最大冻融变形量的模糊信息优化处理模型及冻融变形的预测技术研究3.2采用的研究方案、技术路线本项目以多年冻土地区存在的公路工程地质问题为研究对象，通过对国内外多年冻土的研究成果进行调研和对依托工程进行现场勘察、试验以及观测等工作，以多年冻土勘察技术研究、多年冻土公路工程地质区划和工程分类研究、冻土现象公路路基稳定性影响评价研究三个专题的形式展开研究。具体采用理论与实际相结合，调查研究和分析相结合，试验研究和计算分析相结合，定量和定性相结合的研究方法。4．多年冻土勘察技术研究4.1遥感技术在多年冻土勘察中的研究在多年冻土地区利用航空遥感图像进行冻土工程地质调查,以替代繁重的地面调查工作,较一般地区更显得必要。高原上利用遥感图像判释冻土工程地质较一般地区效果更好些,其原因是高原自然景观单调,冻土不良地质现象所形成的各种花纹图案,显得醒目易判,为遥感图像判释提供了有利条件。利用航空遥感图像进行冻土不良地质判释,配合线路方案比选,可选出工程地质条件较好的线路方案,并可起到事半功倍之效。图4-1多年冻土地区遥感影像本研究结合新藏公路路线勘测,选择新藏公路奇台大坂～区界公路翻越奇台大坂多年冻土地区，进行深入的遥感图像判释，并将遥感影像与实际的现场调绘资料进行了对比（图4-1）。通过本次研究认为，在多年冻土地区采用遥感技术进行公路工程地质调查，易于发现常规地质调查难以发现的地质现象。从遥感图像上提供的带状构造信息，可识别规模较大的隐伏的多年冻土区。公路工程遥感应用于工可阶段，易于进行最佳路线方案的选择，能提高勘探效益，缩短可行性研究周期，节省工程勘探投资。通过对各种工程地质要素的解译，结合地形高程数据分析、区域地质和工程地质条件，选择最佳路线方案。图4-1多年冻土地区遥感影像4.2多年冻土工程地质钻探多年冻土地区气候严寒，冬季漫长，负温期长。夏季短暂，雨量集中、地表潮湿积水，河流泛滥。为了鉴定冻土结构和含冰情况以及进行其他试验，必须采取冻结的原状岩芯。因此，在钻探过程中首先要避免和减少冻土的融化。这是确保钻探质量的技术关键。此外，选择有效措施，克服天寒地冻、交通不便等困难，保质保量地完成钻探工作。4.3多年冻土工程物探技术在冻土勘察中的应用研究4.3.1探地雷达在多年冻土工程地质勘探中的应用本项勘测工作重点进行的多年冻土上限附近冻土类型的识别工作，以及对上限附近不同多年冻土的类型的空间分布情况的调查。此项工作为青藏公路多年冻土区勘测中的创新性工作，将为青藏公路的整治改建工程提供重要的基础资料。图4-3钻探揭示多年冻土上限附近层状多年冻土内部结构图4-2放射性平面位置图为检测探地雷达在多年冻土勘测中的实际应用效果，选择黑北公路K84+800～K85+030进行了探地雷达勘测。勘测剖面为沼泽地靠近边缘地带从沼泽地到非沼泽地的一条探地雷达实测剖面（图4-2）。剖面全长230m，工作步长0.5m，在剖面30米的位置有一钻孔。通过钻孔取样（图4-3），钻孔剖面为地表以下至0.25m为草炭层，至0.8m为泥炭层（两者的平均含水量为22.6％），至2.1m为亚粘土（含水量为12.2％），以下为亚沙土夹碎石土，钻孔深度为3m。多年冻土上限为1.7m,整体状构造，肉眼可见少量冰晶，多冰冻土。2.1m左右，厚层状构造，冰层厚度大于10cm,纯冰中含有少量气泡，含土冰层。图4-3钻探揭示多年冻土上限附近层状多年冻土内部结构图4-2放射性平面位置图由此可以看出，应用探地雷达对寒区下伏冻土分布区域、分布类型、多年冻土上限等关键内容进行勘测，无疑是一条快捷、准确、高效的便捷之路。4.3.2综合工程物探研究物探方法是工程地质调查中一种成本低、效率高的有效手段，其目的与其他地质方法相互配合，以达到更迅速、经济地取得正确而全面的地质结论和评价。其基本任务是通过测定各地质体物理变化及有关物理参数来探查地质体的分布及其工程地质特征。由于物探方法是利用的地层物性差异而进行工作的，各种物性反应在物探仪器中被我们识别，具有一定的交叉性，即看似相同的物性可能代表不同的地层特征，相同的地层特征表现出不同的物性特点等，而且物探资料的解释是有已知到未知的，所以物探方法的多解性在某种程度上制约着它的使用。但是我们可以利用多种物探共同工作，利用多种物性特点来最大限度地降低这种多解性，即综合工程物探。4.4冻土地区各种勘察技术的组合及应用范围.采用综合勘察手段，其中工程地质调查是分析冻土、地质构造发育特征与地形地貌、地层岩性、地质构造、水环境关系的基础；物探手段能初步判断异常带，但存在有条件性、解释结果多解性等局限性，故不能单以物探成果直接作为工程设计与基础处理的依据；钻探工作应在地质调查和物探指导下有目的进行，进一步探明地质体发育的具体情况。综合应用多种勘察手段，能避冻土地区勘察片面性、局限性，提高地质成果资料的精度。目前在冻土工程勘察中，工程地质测绘，钻探、物探和土工试验间的联系不够密切。工程地质测绘人员提供的资料没有很好的得到勘探人员的使用，现场勘探人员按照岩土工程勘察规范进行勘察取样，将取出的土样送到试验室。试验人员按照《土工试验规程》进行，不考虑工程的重要性、特殊性，所遇到的土工是否具有特殊性，或是否要求进行特种试验，试验重点如何等，只是凭任务单进行试验。结果造成这种看上去分工明确、各负其责，但是，正是这种互不超越的关系，造成了冻土区勘察中整体性的缺乏，这是过去人类认识能力和手段的局限性形成的。但这种分割使测绘、现场勘察、土工试验互相脱节，造成了许多矛盾。不同工程的试验内容基本相同，勘察中取样无代表性，而导致重新勘察、补孔取样和试验的现象。从而导致工程中人力、物力和财力的浪费。要改变冻土勘察中的这种情况，需要在勘察中改变现有的组织结构。将以职能为单位的管理结构向以任务为中心的管理组织结构转换，减小项目组织中的等级，建立平行等级为主的模式。实践证明，调整后的组织结构能更有效的提高冻土区的勘察效率，减少成本。在多年冻土地区勘察的研究中，主要就工程地质调查与测绘、钻探技术、地球物理勘探方法以及多年冻土的土工试验与变形监测等方面进行了探讨，研究了诸如3S技术、空气钻进技术、探地雷达、计算机数据采集系统等方法与技术在多年冻土勘察中应用的可行性和前景。尽管各种新技术还有许多不成熟和完善之处，但运用新技术的效率优势和成本优势是很明显的，改进后的新技术的应用是将来多年冻土地区勘察的必然选择。除了对各种勘察方法和手段进行创新改进之外，对勘察的各个阶段和工序进行有效的整合和优化是提高多年冻土地区勘察质量，减小勘察成本的有效的途径。因此，勘察技术的一体化必将成为将来的多年冻土地区工程地质勘察的重要运作方式。5．多年冻土的公路工程地质区划研究5.1区划的原则和方案研究在多年冻土自然区划方法论问题上，存在着综合性原则和主导因素原则的分歧。结合冻土发育规律我们有理由采用以主导性原则为主，综合性原则为辅的原则进行多年冻土的区划工作，即在一级、二级区划工作中主要以年平均气温、纬度和海拔指标为主，在区划过程中同时也要注重一个区域内多年冻土的分布连续性和分布共有特征。在三级区划工作中在满足条件的地区主要以年平均地温进行建设公路沿线多年冻土的区划，在没有条件的地区参照年平均气温，或通过年平均气温、纬度和海拔与年平均地温的相关关系进行建设公路沿线多年冻土的区划。同时，结合多年冻土的冻土类型、地温状况进行多年冻土的辅助分类。5.2冻土的一、二级区划方案研究我国冻土的一级、二级区划划分如表5-1所示。表5-1我国公路工程冻土的一级、二级区划表一级区划二级区划Ⅰ高纬度多年冻土Ⅰ1大兴安岭北部大片多年冻土亚区Ⅰ2-1大兴安岭南段西坡与呼伦贝尔高平原岛状多年冻土亚区Ⅰ2-2大小兴安岭东、西坡丘陵及松嫩平原北部岛状多年冻土亚区Ⅰ2-3小兴安岭低山丘陵岛状多年冻土亚区Ⅱ高山多年冻土Ⅱ1阿尔泰—北塔山山地多年冻土亚区Ⅱ2天山山地多年冻土亚区Ⅱ3阿尔金山—祁连山山地多年冻土亚区Ⅱ4喜马拉雅山山地多年冻土亚区Ⅲ高原多年冻土Ⅲ1青南—藏北高原北部大片多年冻土亚区Ⅲ2藏北高原南部岛状多年冻土亚区Ⅲ3青藏高原东南缘山地岛状多年冻土亚区5.3多年冻土公路工程地质三级区划在多年冻土区通过公路工程与多年冻土的相互作用，表现出主要的工程问题为融沉，通过路面纵向开裂、边坡失稳、不均匀沉降等工程病害加以表现，其次还包含冻胀、路面网状开裂、翻浆等其它工程病害。导致这些问题的根本原因在于路基下部的多年冻土的状况发生了变化。这种变化主要体现在冻土温度的变化上，并通过冻土的压缩强度的降低、冻土中冰的消融和迁移加以表现。而产生这种工程问题的强度又与冻土类型密切相关，即地下冰的存在形式和多少决定了产生工程问题的严重程度。所以，从产生工程病害的角度来看，冻土温度场的状况和变化是产生问题的条件，冻土类型是产生问题的基础。因此，在第三级区划中就要注重公路稳定性的特殊要求，才能使区划工作系统化和切合实际工程需要。该级区划方案主要为，根据多年冻土年平均地温和多年冻土类型两个指标的结合，将冻土划分为三个区划：稳定区、基本稳定区和不稳定区。并对各个区域给出冻土工程地质条件评价和工程建议。表5-2我国公路工程冻土的三级区划表年平均地温冻土类型低含冰量冻土（少冰和多冰冻土）高含冰量冻土（富冰、饱冰和含土冰层）低温冻土（<-1.5℃）多年冻土稳定区多年冻土热稳定区高温冻土（≥-1.5℃）多年冻土热不稳定区6．多年冻土的公路工程分类研究6.1公路工程冻土分类标准研究多年冻土的工程分类应以冻土地基的冻融作用对工程建筑物的影响为根本原则，并结合工程实践及大量的室内外试验资料确定分类的指标。针对公路工程而言，冻土的分类应在广泛收集前人有关冻土路基病害调查资料，归纳总结我国多年冻土地区道路工程主要病害类型的基础上，深入分析道路病害主要类型产生的原因，确定公路工程多年冻土分类的原则，选择分类的指标，并根据现场观测资料及路况调查制定相应的路基稳定性判定标准。通过以上病害类型统计资料可以看出，多年冻土区公路工程发生病害的主要类型为热融下沉。此外，随后开展的多次路基病害调查结果也证实，沥青路面对路基下多年冻土热平衡状态的改变，导致地基土中出现融化盘和融化夹层是冻土路基发生病害的根本原因，青藏公路的破坏有80%以上是由于路基下冻土的融化下沉造成的，其中含有融化夹层的路段占90%以上。由此可见，公路工程的多年冻土分类原则应主要考虑冻土的融沉问题，分类的指标应以控制路基稳定性的融沉变形量为标准。由于在冻土路基的融沉变形计算中，不仅需要考虑冻土的岩性、含冰量以及初始温度等诸多因素，还必须考虑多年冻土与路基路面的相互作用，因而这一分析过程可以综合地反映冻土的基本物理力学性质及工程活动对冻土路基稳定性的影响。同时，由于冻土路基的融沉变形量可以直接作为衡量路基稳定性的标准。因此，在公路工程的多年冻土分类中以冻土路基的融沉变形量（而非融沉系数）作为控制指标是比较合理且有实用价值的。6.2影响分类指标的主要因素影响公路工程多年冻土分类指标的主要因素就具体表现为冻土的融沉系数以及多年冻土融化层的厚度。前者主要取决于冻土的含冰特征，而后者不仅取决于冻土的含冰特征，而且与冻土的温度有关，是冻土热稳定性的体现，反映了多年冻土与路基路面相互作用的结果。通过研究，公路工程多年冻土分类应主要考虑不同冻土条件（冻土温度、含冰量）以及不同路基路面结构下冻土路基的融沉变形问题，并根据冻土路基的最大容许变形量提出以冻土路基稳定性为标准的冻土工程分类方案。为了确定冻土路基的融沉变形量，首先必须确定多年冻土的融沉系数，其次必须针对一定的路基路面条件计算路基下多年冻土的融化深度，最终得出不同冻土条件及不同路基路面结构下冻土路基的融沉变形量6.3公路工程冻土分类方案通过以上研究，以多年冻土的年平均地温及含冰特征为主要影响因素，以控制冻土路基稳定性的最大容许沉降量为指标，提出以冻土路基稳定性为标准的公路工程多年冻土分类方案（见表6-1）。其中，按照多年冻土的年平均地温可将其分为高温冻土及低温冻土，按照多年冻土的含冰量可将其分为高含冰量冻土及低含冰量冻土。综合考虑二者对冻土路基稳定性的影响可将其分为三大类型：融沉稳定型、热稳定型及不稳定型多年冻土。表6-1公路工程多年冻土分类方案含冰类型年平均地温低含冰量冻土高含冰量冻土少冰冻土多冰冻土富冰冻土饱冰冻土含土冰层高温冻土≥-1.5℃融沉稳定型冻土不稳定型冻土低温冻土<-1.5℃热稳定型冻土针对以上多年冻土分类方案，可以确定相应的冻土路基设计原则：（1）对融沉稳定型冻土，虽然在公路工程作用下其冻土上限变化很大，但由于其融化后所产生的沉降量不大，可采取允许多年冻土自由融化的设计原则。（2）对热稳定型冻土，由于其热惰性较大，公路工程作用下其上限的变化不会太大，但考虑到其融化后产生的沉降量较大，应采取保护冻土的设计原则，如修筑路堤、铺设保温材料等。（3）对不稳定型冻土，由于其热稳定性较差，并且融化后所产生的沉降量较大，须采取主动冷却多年冻土地基、控制多年冻土融化速率的设计原则，如埋设热桩、设置抛石护坡、安置遮阳板（棚）、铺设浅色路面等。7．冻土现象对公路路基稳定性影响评价1．从工程角度研究，公路选线过程中除了避开冻土冷生现象外，应根据冻土发育的规律性确定线路的冻土类型和地温特征。设计中应充分考虑因工程建筑导致冻土环境变化和破坏，产生某些次生冻土冷生现象及沙漠化，影响路基稳定性或对道路工程产生危害。综合起来，冻土环境变化通过改变地表生态环境、水循环系统和冻土地温场三个方面来影响路基稳定性：2．多年冻土的年平均地温是评价多年冻土稳定性和多年冻土发育程度的重要特征指标，冻土含冰特征和地温是决定冻土自身的稳定状态和综合表现其对热影响反映的敏感性，采用综合指标——冻土的热稳定性来确定具有不同含冰特征和年平均地温的冻土的融化速率，能够反映出线性工程的冻土特征和综合评价冻土路基稳定状况。3．根据多年冻土的含冰特征（或冻土类型）和年平均地温分布的规律，可以确定冻土路基对外界热干扰反应的敏感程度和稳定性。冻土地温越低，对外界热干扰的敏感性越低，也就决定着路基下融化夹层能否形成及其厚度。冻土中地下冰的含量，决定着路基下多年冻土的升温及融化速率，以及冻土路基热融沉陷变形大小，含冰量越高，相变耗热越大，融化速度越慢，融化夹层的厚度越小。在河谷、滩地的粗颗粒土地层中，含冰量一般都较小，多属于少冰和多冰冻土，即便是人为上限达10m以上，融化夹层厚度为3~4m（如西大滩地段，路基下为粗颗粒土），但路基变形却很小，路基稳定性较好。据青藏公路沿线大量的钻探资料，高含冰量地带大部分出现在坡地、细粒土层的冻土上限以下3~5m，这正是路基下融化夹层所处地带，导致路基产生较大变形。4．青藏公路沿线水分状态（地表水及地下水）的径流与变化，对冻土路基的稳定性将产生很大的影响，它增大和加速了冻土路基下多年冻土上限处地下冰的融化，引起路基较大的融沉变形，特别是在盆地地段显得更为突出，融沉变形量达50～100cm，甚至更大。冻土融沉破坏占青藏公路全线病害路段的80%，其中相当大部分路段是地下水侵蚀路基引起的。当路基上部水分过高时，引起道路冻融翻浆。5．与非冻土地区道路工程不同，高寒多年冻土地区道路工程设计中，首先要考虑和解决，由于多年冻土这一特殊的道路基础材料而产生的一系列工程病害问题，以及道路工程本身对多年冻土生态环境产生的影响，使多年冻土升温与退化、地下冰融化。在道路工程与多年冻土相互影响下，寒区道路工程所产生的主要病害有：冻胀、翻浆、融沉等。在诸多的病害当中，多年冻土的融化使路基产生不均匀下沉变形成为多年冻土地区首要的路基病害问题，一旦多年冻土路基发生较大融化下沉变形，任何结构形式的路面及基层都要发生程度不同的破坏。涵洞、桥梁、房屋等建筑物的基础稳定性也同样受多年冻土稳定的影响。多年冻土区沥青路面路基下多年冻土的升温及冻土融化，是一种缓慢而持久的发展过程，这对于路基稳定性具有潜在性危害。如果没有详实地掌握和搞清楚冻土的特征与分布规律，做好工程建筑物设计，那么，多年冻土的存在，对上部任何建筑物的稳定性来说，都存在潜在的危害性。8．多年冻土公路路基最大冻融变形量的模糊信息优化处理模型及冻融变形的预测技术研究8.1青藏公路冻土路基最大冻融变形量的模糊信息优化处理模型研究青藏公路路基变形受到很多因素的影响。各种影响因素可以分为两大类：（1）定量化因素，如路堤高度、含水量、土颗粒孔隙度、太阳直接辐射量、降水量、蒸发量和年平均地温；（2）定性化因素，如路基状况、路基填料、路基断面和基底土壤、冻土类型、地形的影响、植被状况和地貌状况。在各种定量化因素中，由于观测资料的不足，很难满足量化分析的要求。量化资料的缺乏是变形沉降量影响因素的特点之一。变形沉降量影响因素的另一个特点是各种因素对于变形沉降量的具体影响不明确：即使从理论上对变形沉降量有明显影响因素在具体经过分析后却发现相关性较小。为了深入研究青藏公路冻土区路基沉降变形的规律，尤其是变形的影响因素。本研究收集了多组路基变形沉降的资料，采用信息扩散原理建立路基沉降变形量评价方法及各种因素对于路基沉降变形影响大小的关系。（1）沉降量的分级在进行模糊信息优化处理之前，由于沉降观测资料是定量化的数据，要对影响它的因素进行模糊信息优化处理，并用一部分数据对模型的进行验证，需要对沉降观测的资料进行处理。即首先根据沉降量的大小对沉降量进行分级。（2）路基沉降变形评价指标设评价路堤边坡稳定性的因素设有5个论域，即：路基填料、人为上限、冻土类型、年平均地温、路堤高度。从权重分析的结果来看，路堤高度、填料对沉降起着显著的影响，地温、人为上限对沉降的大小影响次之，冻土类型的影响最小。冻土地区路基高低，对于路堤的导热和水的运移都有显著的影响；冻土类型，按照冻土中含水或含冰量的大小来度量，也有一定的影响，因为含水较多的冻土，在变化中参与变形的水多，变形量大；人为上限被认为有一定的影响，这与前面章节的分析结果一致。对于地温，在以往的研究中认为有一定的影响，然而从权重来看，比预想的小。地温虽然对沉降有影响，然而影响只是周期性（年际变化）的，而不是趋势性的，因此按照年最大沉降量的标准来衡量地温对于沉降变形的影响不显著。真正影响沉降的应该是相对的变化，而不是不同的观测点的温度高低的绝对数值。8.2青藏公路冻土路基冻融变形的预测技术研究继上世纪70~80年代对青藏公路冻土路基变形的观测以来，90年代又对冻土路基变形进行了观测。本节在观测数据的基础上，对冻土路基融沉变形的特点作进一步分析，建立冻土融沉变形预测的数学模型。8.2.1预测模型的选取8.2.2指数平滑法预测模型8.2.3周期叠加模型对于冻土路基变形的类似的时间——序列数据，一种很普遍的有效的处理方法是叠加模型。根据这种处理方法，数据往往都可以表示为Cycle（周期）、Season（季节）、Trend（趋势）和Irregular（不规则）这四个部分的组合。对于数据先分解因子(Decomposition)，再进行叠加。进行在处理的过程中，并非每个部分都存在，需要对数据进行分析处理来考虑数据中存在的因子。在此分析的基础上，对于三号观测场1999年2月到2002年12月的观测数据进行模型分析。由于模型要求参与运算的数据需为正，故在数据的处理上对于每一点的沉降量都加上同一固定数值（0.006）使所有的数值都大于零，建立好新数据的模型后再减去加上的数值，得到最终的模型。8.2.5模型的比较在对以上几种模型进行误差分析后，可以发现它们预测的结果在的置信系数下的双区间检测中都可信。从以上的几种模型预测结果可以得到图8-1。从图中可以看出，叠加模型较好的把握了冻土路基沉降变形的规律，充分反映了季节因素对数据的影响。预测的精度较其它模型更高。与其它模型相比，还可以对与远期的数据进行预测；这是指数平滑模型或是曲线平滑模型不能作到的；模型形式的简单、求解思路明确也是这种模型的优点之一。图图8-1模型比较结果8.3研究成果的工程应用模糊信息优化模型的应用在于对于没有观测资料的路段我们可以根据冻土类型、路堤高度、填料类型等因素得到冻土路基的变形沉降情况的数值；通过与其它的数据完备的观测点的沉降情况的对比，确定路基的变形位于的时期，并依据此条件确定处理的措施。根据本研究，水和热量的变化是导致冻土区路基沉降变形的两个首要因素；进而通过对这两个影响因素的进一步细分，认为路堤高度、填料类型、冻土类型（不可控制因素）对于沉降有控制性的作用；植被状况也有很重要的作用，虽然没有加入第四节的模型（因为数据难以量化，即使使用模糊运算的方法），但由于其对水分，导热都有比较显著的影响，在公路的设计、施工、保养中都应该充分考虑它们的重要性。求取各影响因子的权重的意义在于在对路基的沉降变形进行预防、治理的时候可以更有针对性的采取措施。从分析的结果来看，适当的增大路堤的高度是控制路基沉降变形的一项很有效的措施。沉降变形的叠加模型可以在一定的精度范围内对沉降的情况做出预测，结合公路的设计标准和设计年限，对于分析已建公路的经济效益，制定维护方案，决定是否追加投资进行改造有着重要的参考价值。对于新建公路的可行性分析也是必不可少的。9．项目的经济、社会、环境效益及推广应用前景9.1项目的经济效益青藏高原多年冻土的分布面积约150万平方公里，而在这么大的国土面积上仅有青藏公路、214国道等极少数上等级的公路，距该地区国民经济发展的要求还相差很远。根据西藏、青海两省区公路建设长远规划，今后还有相当大的公路里程穿越多年冻土地区，特别是国家十一五规划已经将青藏公路高速公路建设提上日程，本项目的研究不仅可以为其提供技术资料和勘察实践经验，以减少公路建设方案的盲目性，节约工程投资，还可以防止并抑制公路路基病害，提高运输效益。进入20世纪90年代以来，由于全球气候异常，受印度洋和孟加拉湾暖湿气流影响，青藏高原气候环境进入了一个相对湿润和气温转暖的时区，使多年冻土退化，路基路面病害加剧。随着青藏铁路的上马及西部大开发战略的实施，青藏公路负荷在不断增加，人类活动的影响在不断升级，以及全球气候转暖对多年冻土的影响逐渐显现，路基下的冻土迅速退化，导致青藏公路高温、高含冰量多年冻土区路基由于失去稳定性而产生严重的热融沉陷及纵向裂缝等病害累计长度达60多公里，目前治理这些病害还没有十分成功的工程措施。本项目的研究成果可以直接用于治理由于路基失去稳定性而产生的热融沉陷及纵向裂缝等病害，减少公路养护费用，提高青藏公路的通行能力和行车的舒适性，缩短车辆周转时间，减少燃油消耗、车辆保修、大修等费用，经济效益显著。采用本研究项目成果的多年冻土区公路工程地质勘察工作提高质量，缩短周期，降低勘察成本。9.2项目的社会效益中国的多年冻土面积占国土面积的22.3%，分布在我国西南、西北和东北地区“十五”期间我国集中力量建设西气东输、西电东送、青藏铁路、青藏公路等一批具有战略意义的重大项目都面临着冻土问题。2001年6月青藏铁路工程的开工更是对青藏公路提出了更高的使用要求，但是由于多年冻土的特殊性以及铁路与公路所面临的具