[发明专利]多年冻土地区大尺度路基的变形评价方法

说明书

本发明涉及多年冻土地区大尺度路基的变形评价方法，首先对需要评价的路段进行表面变形高程数据采集，建立网格化的数据集；然后根据不同的路基变形特征，从数据集中拆分出表示四种不同变形特征的子数据集；最后根据四种不同公路变形特征，建立表面变形评价指标体系，通过计算不同变形特征值，得到分项变形指数，最终得到描述公路变形特征的全表面变形指数。本发明解决了现有多年冻土区公路病害评价方法不能厘清公路表面变形的构成，无法准确识别冻土区公路病害的成因，无法准确评价冻土区公路变形特征状况的不足，能够对变化多端、错综复杂的多年冻土区公路变形开展准确的变形分量占比及变形程度评价，实现了多年冻土区大尺度路基科学量化评价。

技术领域

本发明涉及冻土路基工程稳定性状态评价领域，具体涉及一种多年冻土地区大尺度路基的变形评价方法。

背景技术

冻土是指具有负温和含冰的土体和岩石，按生存时间主要分为多年冻土和季节冻土。我国多年冻土主要分布于青藏高原、西部高山以及东北大小兴安岭地区，总面积约215×10⁴km²，约占我国国土面积的22.3％，是世界第三大冻土分布大国。青藏高原平均海拔4500m以上，是我国多年冻土主要分布地区，冻土面积约150×10⁴km²，约为我国多年冻土面积的70％。

受全球气候转暖影响，我国主要多年冻土地区冻土层呈现升温退化趋势，表现为冻土层地温升高、冻土上限下降、冻土层厚度减薄以及冻土层地基承载能力下降等问题。在上述背景下，多年冻土地区开展的工程均将受到上述过程的影响，尤其对公路工程影响剧烈，由于黑色沥青路面具有强吸热作用，在环境升温大背景及工程活动的双重影响下，多年冻土地区公路工程极易产生融沉变形病害。多年冻土的融沉变形主要取决于路堤高度与多年冻土的含冰量情况，在相同冻土条件下，路基变形量随路堤高度的增加而减小；在相同路堤高度条件下，路基变形量随多年冻土含冰量的增加而增大。对多年冻土区路基的变形而言，融沉变形始终是占第一位的。

目前针对多年冻土融沉问题，国内外科研机构开展了长期的观测研究工作，提出了一系列特殊冻土路基工程措施，对缓解融沉病害产生了积极的作用，但冻土路基的融沉病害并未得到根治，在一些高含冰量的区段内，冻土路基病害的仍然较为严重，对行车安全性、道路运营能力以及行车舒适性均产生了影响。

多年冻土地区公路的融沉变形主要是由地基不均匀融沉变形引起，在公路表面上表现为凹陷、波浪以及倾斜等变形特征。目前我国现行规范《公路养护技术规范》中采用平整度、破损率、强度以及抗滑系数对路面状况进行评价，在描述公路表面平整度方面，主要调查指标是IRI国际平整度指数，主要评价指标是RQI路面行驶质量指数，国际平整度指数IRI是以四分之一车在速度为80km/h时的累积竖向位移值为IRI值，单位用m/km。国际平整度指数同反应类平整度测定系统类似，但是采用的是数学模型模拟1/4车轮(即单轮)以规定速度行驶在路面上，分析行驶距离内动态反应，即悬挂系的累积竖向位移量。从IRI的测量原理可以看出，其测量值反应出测量轮迹处的不平整程度，仅能描述出测量轮迹处的变形状况，由于多年冻土路基变形的空间分布具有以及变形程度较普通地区复杂程度大大增加，线性轮迹在复杂的二维变形曲面上检测容易造成检测结果与实际存在偏差。此外，IRI是悬挂系的累积竖向位移量，无法反映出多年冻土路基整体融沉、凹陷以及倾斜等变化多样的变形特征。

随着多年冻土区公路等级的不断提高，路基的尺度从原二级路的7m逐渐发展为24m的宽幅整体式路基，由此带来了黑色沥青吸热面增大、厚层路面结构层储热量增加等新的问题，对多年冻土地基的影响将进一步加剧，由此导致的冻土路基病害程度也将增大。

发明内容

本发明的目的是提供一种多年冻土地区大尺度路基的变形评价方法，解决了现有多年冻土区公路病害评价方法不能厘清公路表面变形的构成，无法准确识别冻土区公路病害的成因，无法准确评价冻土区公路变形特征状况的不足。

本发明所采用的技术方案为：

多年冻土地区大尺度路基的变形评价方法，其特征在于：