1.一种基于铁路长期变形控制的多年冻土路基结构设计方法,其特征在于,包括:通过地质调绘、地质钻探和综合物探,进行冻土综合勘察和冻土物理力学特性分析;根据勘察和分析结果,确定地基多年冻土分层分布特征;根据所述地基多年冻土分层分布特征,进行路基结构的参数设定;计算并分析多年冻土路基的冷量需求;进行铁路路基变形控制标准的设定;根据所述冷量需求和所述铁路路基变形控制标准,结合所述路基结构的参数,设计得到热棒路基结构;所述通过地质调绘、地质钻探和综合物探,进行冻土综合勘察和冻土物理力学特性分析包括:调查不同的冻土现象,分别标注分布范围及形成条件,结合地形、地貌、植被和水文特征确定冻土边界及含冰程度,得到冻土分布图;根据冻土类型选择对应的钻探方法,采集冻土岩芯并分级取样,得到冻土岩芯样本、钻孔柱状图和冻土含冰量数据;进行冻土综合物探,获取冻土波速、动弹性模量及地下水赋存条件,得到物探剖面图;进行导热系数与比热容测试,得到高含冰量冻土和低含冰量冻土的冻土导热系数范围和比热容范围;进行含水率测定,得到冻土含水率范围;进行密度试验,得到冻土湿密度范围和干密度范围;进行室内蠕变试验,得到冻土稳态蠕变速率;所述根据勘察和分析结果,确定地基多年冻土分层分布特征包括:按深度间隔设置测点,每个所述测点处设置地温观测孔,在所述地温观测孔内安装铂电阻温度传感器,进行地温观测,得到冻土垂向地温梯度曲线、年平均地温和上限深度;根据所述年平均地温将冻土地温带划分为高温极不稳定区和低温稳定区,结合含冰量分级,确定热稳定性等级,得到包括地温带与含冰量叠加的冻土地温分区图;对所述冻土地温分区图进行三级工程地质分区,得到冻土工程地质分区图,第一级分区为片状或岛状冻土区,第二级分区为地温带,第三级分区为含冰类型;根据地温观测结果、冻土地温带划分结果和三级工程地质分区结果,建立三维地基多年冻土分层分布模型,所述三维地基多年冻土分层分布模型包括地温、含冰量和力学特性参数,标注蠕变敏感层位和厚层地下冰分布;所述计算并分析多年冻土路基的冷量需求包括:计算多年冻土路基的基础冷量 ,其中, 为比热容, 为制冷范围内土体质量, 为目标地温, 为初始地温;计算多年冻土路基的气候补偿冷量 ,其中, 为换热系数, 为冻土热扩散系数, 为气候升温率;计算多年冻土路基的总冷负荷 。
2.根据权利要求1所述的基于铁路长期变形控制的多年冻土路基结构设计方法,其特征在于,所述采集冻土岩芯并分级取样中,钻孔直径控制在开孔≥130mm,终孔≥110mm;对于低含冰量松散地层,选择低速钻进,回次进尺0.20m~0.50m;对于高含冰量黏性土,选择快速钻进,回次进尺≤0.80m;对于冻结碎石或基岩,选择低温冲洗液钻进,回次进尺0.15m~0.30m。
3.根据权利要求1所述的基于铁路长期变形控制的多年冻土路基结构设计方法,其特征在于,所述根据所述地基多年冻土分层分布特征,进行路基结构的参数设定包括:在所述三维地基多年冻土分层分布模型中,根据所述地温带确定路基结构的目标温度,根据所述含冰量类型设定路基填筑材料与热棒布设优先级;在所述三维地基多年冻土分层分布模型中,根据所述蠕变敏感层位的深度,确定路基填高、顶宽和坡比;根据所述冻土导热系数确定热棒的制冷半径,计算热棒纵向间距 ,其中, 为热棒的制冷半径, , , 为冻土密度, 为导热系数, 为热棒工作时间, 为热棒安装倾角。
4.根据权利要求3所述的基于铁路长期变形控制的多年冻土路基结构设计方法,其特征在于,所述根据所述含冰量类型设定路基填筑材料与热棒布设优先级中,其中,对于高含冰量区域,设置间距≤3m的加密热棒,增加蒸发段长度至≥15m,对于低含冰量区域,布设间距3m-5m的常规热棒。
5.根据权利要求4所述的基于铁路长期变形控制的多年冻土路基结构设计方法,其特征在于,所述根据所述冷量需求和所述铁路路基变形控制标准,结合所述路基结构的参数,设计得到热棒路基结构包括:根据多年冻土路基的所述总冷负荷 ,选择热棒类型,所述热棒类型包括吸附式热棒、加强型热棒、大功率柔性热棒和光伏压缩式全季热棒中的至少一种;计算所需的热棒数量 ,其中, 为目标区域宽度;对于所述高含冰量区域,其填筑材料导热系数在1.71~1.83 W/(m·K),选择大功率柔性热棒或吸附式热棒,对于所述低含冰量区域,其填筑材料导热系数在1.2~1.8 W/(m·K),选择普通热棒;将地层深度在2.5-12m处的高含冰量区域定义为蠕变敏感层位,对所述蠕变敏感层位通过填土自重应力覆盖;对所述蠕变敏感层位,填土高度≥5m,所述热棒的蒸发段需穿透碎石土,深入冻土上限以下≥3m;根据所述蠕变敏感层位的坡比,设置热棒倾角。
6.根据权利要求5所述的基于铁路长期变形控制的多年冻土路基结构设计方法,其特征在于,当所述总冷负荷 ≤2000MJ时,选择所述吸附式热棒;当2000MJ< ≤4000MJ时,选择所述加强型热棒或所述大功率柔性热棒;当 >4000MJ时,选择所述光伏压缩式全季热棒。