路桥过渡段差异冻融变形问题是制约冻土区高速铁路快速发展的关键和亟待解决的重要科学问题。依托哈齐高速铁路路桥过渡段的设计与施工，深入分析了冻土区路桥过渡段的温度场、变形场分布特征，初步得到了多因素耦合作用数值计算模型，探讨和分析了适用于冻土区高速铁路路桥过渡段的填料类型、结构形式，并结合工程实际提出了冻土区高速铁路路桥过渡段差异冻融变形控制措施。本项目主要取得了以下几点成果：①结合现场监测和室内试验，研制并开发了一系列与项目密切相关的测试试验装置，如高程基准桩、大直径试样冻胀测试装置和冻拔性能测试装置等；②分析监测数据发现，冻结深度不仅与环境温度有关，亦与路基填料的性质密切相关；③路桥过渡段与标准路基相比，具有冻深更大、阴阳坡现象更明显的特点，且温度边界复杂性和结构迥异是冻土区路桥过渡段冻害问题突出的关键控制因素；④基于数值模拟和理论分析，复合保温措施、以及适当增加桥台构筑物与路基填料接触面的倾斜角度可以有效地抑制路桥过渡段冻害发生发展；⑤采用冻胀率、抗压强度和压实度作为抗冻胀填料的控制指标，提出过渡段粗粒土填料的合理细粒含量为5%，并将经历6次冻融后力学指标作为工程设计参考值；⑥综合考虑冻胀率、抗压强度和渗透系数，对于非渗水性要求的路基，基床填料益选用细粒土含量3%、水泥掺量3%的级配碎石，而对于有渗水性要求的路基，基床填料益选用去除0.5mm以下颗粒、水泥掺量3%~5%的级配碎石；⑦水分迁移是路基填料冻胀发生发展的原驱动力，外界水源补给条件下的冻胀量是封闭条件下的1.3倍，因此做好路基防排水可有效抑制路基冻融变形量。这些研究结果对有利于进一步提升我国寒区高速铁路路基冻胀防控理论水平，为冻土区路基工程设计与施工、养护与维修提供必要的技术指导，同时也进一步完善了冻土力学学科体系和冻土试验技术。 2100433B

温度分布情况复杂和结构迥异是深季节性冻土区路桥（涵）过渡段冻害问题突出的重要原因，由冻胀、融沉引起的过渡段病害问题严重影响和制约着冻土区高速、重载铁路的发展。依托已有的路桥（涵）过渡段监测断面，采用现场监测、室内试验与理论分析相结合的方法，分析深季节冻土区路桥（涵）过渡段的温度分布情况，重点研究过渡段差异性冻胀、融沉变形机理，探讨制约路桥（涵）过渡段冻胀融沉变形的关键因素，提出路基填料冻胀、融沉和冻胀力分级标准，研究土体冻结融化过程中的水分迁移规律和冻结缘的形成过程。结合室内模型试验，建立深季节冻土区铁路路基多源融合的冻胀融沉计算模型，并预测其长期变形。在上述研究成果的基础上，提出适用于深季节性冻土区路桥（涵）过渡段差异性冻胀、融沉控制方法。研究结果对提高深季节冻土区路基工程设计与施工质量、路基冻害防治具有重要意义，同时也进一步完善了冻土力学学科体系和冻土试验技术。

气象部门提供的标准冻深是在平地上、土为天然含水量，且不存在地下水影响的条件下的冻深值，而渠道工程中各部位的冻深是不相同的，具体应用的设计冻深必须将标准冻深进行修正。设计冻深是指对渠道各部位冻深设计的影响因素有年际频率、地下水埋深、表面接受的日照及遮荫程度、表面积雪和基土土质及含水量等。冻深计算精度水平下，不计土质对冻深的影响，可满足应用。土中含水量对冻深的影响远不及地下水对冻深的影响大；为安计，也不考虑积雪对冻深的影响。冻胀量是进行抗冻胀设计的最重要的指标之一，国内外的一些理论计算公式难以满足工程实际需要，不仅计算出的冻胀量误差较大，而且对于工程技术人员来说，公式中有关参数的确定就是一个难题。因此，冻胀量计算一般采用经验公式。

标准冻深是指有条件时，尽量采用工程所在地气象台（站）的多年平均冻深值 ，要求资料系列不短于10年，标准冻深规范规定为地表无积雪和草皮等覆盖条件下多年实测最大冻深的平均值。当冻深资料缺乏时，要借助于经验公式确定标准冻深。由于各地基本上没有无覆盖条件下裸露场地多年实测的冻深资料，因此，规范中冻深图和计算公式的标准冻深数据为各地气象台多年实测最大冻深资料、并参考了有关勘察设计部门掌握的实测资料加以修正的数据。在水利工程抗冻胀设计中， 使用的《渠系工程抗冻胀设计规范》规定标准冻深计算公式为：

式中，

季冻土的水分迁移机理研究一直为广大学者所关注，并已经取得了很大的成绩，但由于研究条件、测试仪器等原因，使研究有一定的难度，如冻土热融及其水分迁移问题有待进一步完善与发展，尤其是从不同冻融状态下微观结构的角度，评价其机理，目前还没有见到有突破性进展。因此，本项目针对道路的冻胀问题，选择东北地区分布的不同类型的黄土状土进行研究，具有一定理论与实际意义。.本项目的研究结合不同等级道路的不同土体进行实际现场冻结深度、地温、含水率变化等数据的监测，通过对冻土在不同冻结、融化状态下的微观结构特征的定量指标的提取，考虑物质组成对冻结状态的影响，分析土体冻融过程中水热迁移，在物理化学、图像处理、力学的基础上，揭示冻土中水分迁移的机理，建立反映土的微观结构即水热盐及结构参数的冻融耦合模型，从机制学角度出发，考虑冻土在不同条件下的地基处理方法，为季冻区地基处理处理提供一个新的方法。 2100433B