【博士】多年凍土路基融沉機理及路面結構對策研究【2005】

內容簡介

　　學科專業(yè)：道路與鐵道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：東南大學　　學位年度： 2005年　　隨著多年凍土地區(qū)公路建設的發(fā)展，破壞了凍土的熱平衡狀態(tài)，使得路基路面修筑過程中出現的工程問題及使用期的早期破壞現象越發(fā)明顯，這些問題的形成與發(fā)展促使對多年凍土地區(qū)路基融沉機理、路基融沉預測、路面結構分析和路基路面病害對策等方面進行研究。本文在對多年凍土地區(qū)路基路面典犁破壞調查的基礎上，就上述問題進行深入研究和探索?！　≡诙嗄陜鐾恋貐^(qū)，由于全球氣候變暖和道路結構物的影響，使原有路基熱平衡狀態(tài)被破壞，為全面研究路基融沉失穩(wěn)過程，本文根據混合物基本理論，將凍土看作由土顆粒、冰和流體(未凍水和氣體)組成的多孔介質，在基本假設條件下，根據確定性公理、局部作用公理和等存性公理，結合質量守恒定律、動最守恒定律、能量守恒定律、熵不等式和體積份數條件推導了凍土融沉過程的混合物理論，為凍土融沉機理分析提供了理論基礎。　　多年凍土路基融沉失穩(wěn)過程與環(huán)境要素、路基路面結構及材料熱力學參數等有關，本文通過進行土體室內凍融試驗，測試了土體在整個凍融過程的溫度場分布和土體變形曲線。然后，選擇和試驗土樣幾何尺寸、土體熱物性參數、邊界條件相同的計算模型進行溫度場數值模擬，計算結果和試驗結果吻合?！　鐾寥诔潦怯捎趦鐾羶炔繜岱e累，降低了凍土的力學性能，導致土體融沉變形，本文應用有限元方法進行凍土融沉數值模擬，采用和溫度場計算相同的模型，將溫度場計算結果作為場變量，輸入到模型位移計算中，模型材料的物理、力學參數定義為溫度場的函數，利用土體固結理論進行模型位移的數值計算，比較試驗和計算結果，驗證了數值計算力法的可行可信。　　以青藏公路路基實測變形資料為依據，研究凍土路基變形的內在規(guī)律。利用相空問重構理論，將實測時間序列構造為多維空間，在構造的多維空間中，定義自變量、因變量和樣本數，采用偏最小二乘回歸方法進行數據回歸擬合，用特定指標判斷擬合精度，考察擬合結果，建立了多年凍土地區(qū)路基變形預測模型?！　∮捎谔厥獾牡乩砑皻夂驐l件，多年凍土地區(qū)瀝青路面病害較內地更為嚴重和復雜，這些病害是路基不均勻沉降及在凍融條件下路面材料物理、力學性能降低的外部表現，本文應用ABAQUS軟件對不同融沉深度下路面變形及應力進行有限元數值模擬，通過分析凍土路基融沉條件下的路面結構響應，提出了適合于多年凍土地區(qū)的路面結構型式。針對現場調查的路基路面病害特征，提出了病害防治對策?！　?

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