随着《国家高速公路网规划》的逐步实施，属于首都放射线之一“北京-拉萨”线内的青藏高速公路即将开始全线修筑。青藏工程走廊内现有的道路工程，青藏公路、青藏铁路均出现了不同程度的工程病害，冻土问题是路基工程的关键问题。为保护路基下伏多年冻土，已提出采用“主动冷却”路基原则进行修筑，并在青藏公路、青藏铁路建设中成功应用，但仍然存在降温效能不足或引发次生工程病害的现象。在青藏高速公路条件下，一方面路基幅宽的增大造成路基吸热量成倍增加，并对高原冻土生态环境造成更严重的负面影响，另一方面，为满足高速公路更大交通量和更快设计速度的要求，路基须达到更高的建筑标准，这将使得青藏高速公路工程病害问题更加突出，同时对工程措施提出更高的要求。因此，本文结合青藏高速公路试验示范工程（下文简称“试验工程”）路基实测数据和数值计算结果，从路基传热和变形两方面对无附加工程措施的冻土高速公路路基稳定性进行系统分析，并对试验工程内热管路基纵向裂缝的形成机理和一种新型措施路基结构的调控效果开展研究，得出以下主要结论:　　(1)研究并确定了冻土高速公路条件下无工程措施路基的传热特性和量值特征。路基幅宽的增加，增强了路基对下伏冻土的热影响强度。高速公路整体式路基顶面宽度是分离式路基的2倍，整体式路基下多年冻土地基的吸热热流量相比分离式路基增加了约80％，增加的部分主要集中在路基中心区域，并导致路基下多年冻土升温和退化速度加快了约1倍。当不采用工程措施修筑高速公路时，分离式路基相比整体式路基更有利于保护多年冻土。根据路基地温响应特征，在高速公路条件下，高低温多年冻土区工程划分界限为-1.8℃。在年平均地温低于-1.8℃多年冻土区，可通过调整路基高度避免路基下部多年冻土融化，基本维持冻土路基稳定;在年平均地温高于-1.8℃多年冻土区，增加路基高度无法确保路基稳定性。在多年冻土区，路基对周边冻土场地的热影响作用随距离呈指数型式衰减，且在一定的热影响范围内才具有显著影响。在修筑青藏高速公路时，为消除或削弱新修高速公路与青藏工程走廊内现有的工程之间，或当采用分离式修筑方案时的两幅路基之间的相互热影响作用，应使各工程的热影响范围相互独立。　　(2)研究了多年冻土高速公路无工程措施路基的变形过程，得出了与普通公路相比的独特特征。相比普通公路，高速公路更大的路基宽度，不仅显著增加了路基产生的沉降变形，而且增大了路基在横向内产生的差异性变形。在试验工程完成后第6年，无附加工程措施的对比路基段产生的最大沉降变形和横向差异变形分别为60cm和33cm，两者分别是相近冻土环境和工况条件下青藏普通公路的1.6倍和1.3倍。高速公路路基更显著的沉降变形，不仅来源于由多年冻土退化引起更大的融沉变形，而且路基产生了更大比例的冻土蠕变变形。在与试验工程场地基本相同冻土环境条件下，青藏普通公路路基沉降变形来源中，融沉变形约占总沉降量的80％，高温多年冻土压缩、蠕变约占20％，而试验工程内路基沉降变形来源中，融沉变形约占总沉降变形的不到60％，高温冻土蠕变占比超过40％。对于试验工程路基产生的横向差异变形，受路基阴阳坡温度差异的影响，路基变形来源呈递变变化。从路基阳坡路肩至阴坡路肩，路基沉降变形来源中融沉变形占比由57％减小至41％，高温冻土蠕变占比由43％增加至59％。　　(3)研究了高速公路试验工程内斜插热管路基纵向裂缝的形成过程和主控因素，发现热管引起的温度场不均匀变化是路基纵向裂缝产生的根本原因。在试验工程斜插热管路基内，热管的降温效果集中在路基中心区域，引起路基中心区域产生冻胀变形，但路基其他区域仍然呈沉降变形，并在路基阳坡路肩附近小范围区域内形成显著的变形差异。在路基横向差异变形作用下，路基内应力状态发生重新分布，并在路基顶面出现最大拉应力。当路基顶面最大拉应力值超过路面沥青混凝土劈裂强度时，路基发生纵向开裂。计算至工程完成后第2年，斜插热管路基阳坡路肩附近4m范围内形成的最大差异变形达约33cm，纵向裂缝最初可能出现的位置位于阳坡侧半幅路基顶面内、距路基中心1.8～2.8m范围内，出现的时间可能在路基完成后次年5月之前或者次年10～12月之间。　　(4)为了优化热管路基结构的调控效果，提出了新型热管路基结构。结合斜插热管路基在路基中心区域的降温特性，和直插热管路基在路肩下的降温特性，提出直插-斜插交替式热管路基结构。在该路基结构中，路基两侧路肩的热管均按照直插式、斜插式交替设置，克服了斜插热管路基在阳坡下降温效能不足的缺陷。在新型热管路基结构条件下，路基产生的最大沉降变形相比斜插热管路基减少了约60％，路基最大差异变形减少了约40％，路基顶面最大差异变形减少了约80％，并将使得路基顶面最大拉应力低于沥青路面材料的劈裂强度。　　(5)研究了高速公路通风管-空心块层复合路基内传热过程，得到了该路基结构的调控特性。在试验工程内各工程措施路基段中，通风管-空心块层复合路基表现出了最佳的调控效果。该路基结构充分利用了空心块层的“单向导热”效应，结合通风管的对流换热作用，对冻土路基进行降温。在该复合路基结构下，冻土地基由初始的吸热状态转变为放热状态，且路基底面的垂向热流密度分布基本均匀，受阴阳坡温度差异影响较小，路基温度场呈平整、对称分布。该路基结构能满足多年冻土区高速公路长期热稳定性要求，且在多年冻土各地温区具有广泛的适用性。　　(6)研究了通风管-空心块层复合路基结构应用到高速公路整体式路基条件下的调控效能，发现了该路基结构在宽幅路基条件下表现出“聚冷效应”。在整体式复合路基条件下，路基底面的垂向热流密度分布规律与分离式复合路基基本一致，但经路基底面放出的热流量约是分离式路基的1.67倍，增加的放热热流量主要集中在路基中心区域。整体式路基条件下“聚冷效应”产生的原因是，路基宽度的增大一方面增加了复合路基结构的放热效率，另一方面增加了路基对“冷能”的持有能力，这将对下部冻土地基产生更强、更深的影响范围。在该“聚冷效应”的作用下，整体式路基下冻土地基持力层净放热量约是分离式路基的3倍，冷储量约是分离式路基的3.6倍，并使得整体式路基下低温冻土核温度较分离式路基整体降低了约0.5℃。当采用该新型路基结构修筑高速公路时，推荐选用整体式修筑方案，整体式路基将相比分离式路基具有更好的抗热扰动能力。