隨著青藏高原的多年凍土不斷退化和道路工程等級的不斷提高,樁基工程得到廣泛應用。在運營期凍融過程中橋梁工程樁周凍土的凍脹融沉誘發(fā)橋梁工程病害,是凍土工程中亟待解決的重大問題之一。針對上述問題,本文開展樁基服役期樁土體系凍脹融沉的變化規(guī)律研究,基于青海省共和至玉樹公路查拉坪大橋樁基工程,采用室內(nèi)模型試驗與數(shù)值模擬手段,分析樁土體系凍脹融沉特性形成機理,建立凍融過程中樁土體系凍脹融沉計算模型,研究凍融過程中未來年份樁土體系凍脹融沉變化規(guī)律。研究成果可為多年凍土區(qū)樁基施工、結構設計優(yōu)化及工程凍害預防措施開展提供參考。主要工作如下:(1)針對凍融過程中樁土體系凍脹融沉形成機理問題,利用室內(nèi)模型試驗模擬查拉坪大橋樁基現(xiàn)場地質工況,進行融化-凍結過程,對凍融過程中樁周土體溫度、未凍水含量、樁與土體位移進行了監(jiān)測,基于試驗數(shù)據(jù)對凍融過程中樁土體系溫度場與水分場變化原理進行了分析,結合溫度場與水分場變化原理得出了樁土體系凍脹融沉形成機理。(2)針對樁土體系凍脹融沉模型建立的問題,基于考慮相變的熱傳導方程、水分遷移方程以及應力應變方程,利用COMSOLMultiphysics有限元軟件中系數(shù)型偏微分方程模塊(PDE)進行二次開發(fā),自定義樁土體系凍脹融沉數(shù)學模型,并對室內(nèi)模型試驗進行模擬,得到溫度、水分、凍脹融沉變化規(guī)律,將數(shù)值模擬結果同模型試驗數(shù)據(jù)進行比較,證明了樁土體系凍脹融沉數(shù)值模型的可靠性。(3)針對未來年份樁土體系凍脹融沉的問題,利用樁土體系凍脹融沉模型模擬現(xiàn)場工況,考慮未來年份大氣溫度升高,研究了樁基服役1年后、10年后、30年后、50年后樁土體系溫度場、水分場、凍脹融沉的變化。通過對樁周土體溫度場變化進行分析,得到了未來年份樁周土體溫度場分布、凍土上下限變化規(guī)律。對樁周土體水分場變化進行分析,得到了未來年份樁周土體中未凍水含量、含冰量、水分遷移的變化規(guī)律。最后對樁土體系位移場變化進行分析,得到了未來年份樁體、樁周土體的位移變化規(guī)律,并得出未來50年樁土體系的融沉對樁基穩(wěn)定性的影響遠大于凍脹的影響。
【學位單位】：西安科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TU473.1;TU445
【部分圖文】：

課題研究技術路線

3 凍融過程中樁土體系凍脹融沉特性模型試驗過程中樁土體系凍脹融沉特性模型中樁土體系的凍脹融沉特性的形成機理，本開展室內(nèi)模型試驗，進行凍融過程，于相應與樁周土體的凍脹融沉變化；同時在相應時測，得到樁土體系溫度場和水分場的分布，析凍融過程中樁土體系凍脹融沉特性的形成如圖 3.1 所示。依據(jù)查拉平大橋樁基工程

圖 3.5 溫度傳感器 圖 3.6 水分計（3）全站掃描儀全站掃描儀是用于監(jiān)測試驗過程中不同時刻試驗箱中土體的凍脹融沉量的儀器，如圖 3.7 所示。試驗過程中通過 Leika Nova MS60 全站掃描儀來對試驗槽中的土體開展三維激光掃描，并通過 Geomagic Qualify 軟件進行分析，得到試驗箱中土體的位移數(shù)據(jù)。圖 3.7 Leika Nova MS60 全站掃描儀

【參考文獻】

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本文編號：2810118