【摘要】：季節(jié)性凍土作為一種極為敏感的不穩(wěn)定土體,其物理性質(zhì)隨著氣候和溫度變化及凍融過程的發(fā)展而動態(tài)變化,季節(jié)性凍土區(qū)路基季節(jié)性凍融規(guī)律明顯,受季節(jié)性凍脹和融沉的影響,導(dǎo)致膨脹、開裂、翻漿等一系列凍融災(zāi)害。公路的耐久性、實用性和安全性受到嚴(yán)重影響。近年來,隨著西部大開發(fā)和“十三五”基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的穩(wěn)步推進,川西季節(jié)性冰凍地區(qū)的公路和鐵路建設(shè)將會加快,而季節(jié)性凍土區(qū)的路基凍脹融沉問題非常突出并且相關(guān)研究成果較少。因此,研究川西高原季節(jié)性凍土凍脹融沉的處理是十分必要的,可為道路凍脹融沉的處理提供參考。本文針對川西高原季節(jié)性凍土區(qū)康定至新都橋國道為研究對象,研制了路基土凍融循環(huán)效應(yīng)治理試驗系統(tǒng),開展了凍融循環(huán)模型試驗,利用建立的路基水熱力耦合模型模擬模型試驗,驗證了數(shù)值模擬的可靠性。根據(jù)分析結(jié)果,證明了季節(jié)性凍土路基病害處理措施的有效性。主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)研制了路基凍融循環(huán)效應(yīng)治理的試驗系統(tǒng)。為了模擬川西高原季節(jié)性凍土區(qū)路基的凍融循環(huán)效應(yīng),綜合考慮了溫濕度及地下水等條件,設(shè)計了可程式試驗倉、溫濕度采集裝置、應(yīng)力應(yīng)變采集裝置、保溫裝置、防排水板及三維土工布系統(tǒng)、自動加熱裝置等,可實時采集記錄路基模型中的溫度和體積含水率及路基變形。(2)對路基模型進行了多次凍融循環(huán)試驗。通過多次凍融循環(huán)試驗測得的結(jié)果,研究分析了模型體在各個循環(huán)凍融階段的含水量、溫度和路基變形規(guī)律,并將川西季節(jié)性凍土區(qū)路基凍融循環(huán)效應(yīng)與以往研究進行了對比,驗證了本文針對季節(jié)性凍土路基凍脹融沉病害治理措施的有效性。(3)對模型試驗進行了數(shù)值模擬分析。基于現(xiàn)有的水熱耦合方程和模型,對室內(nèi)模型試驗進行了數(shù)值模擬,通過模擬結(jié)果與模型試驗實測結(jié)果的對比發(fā)現(xiàn),二者變化規(guī)律具有較強的相似性,證明了數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性,驗證了對季節(jié)性凍土路基,通過鋪設(shè)復(fù)合防排水板和三維土工布抑制地下水向路基內(nèi)部遷移及鋪設(shè)保溫板阻礙路基與環(huán)境的熱質(zhì)交換的方式治理季節(jié)性凍土區(qū)凍脹融沉的可行性且治理效果較為明顯。本文通過開發(fā)的路基凍融循環(huán)效應(yīng)災(zāi)害控制試驗系統(tǒng),對季節(jié)性凍土地區(qū)路基進行了凍融循環(huán)效應(yīng)模型試驗,并通過建模進行了數(shù)值模擬,研究的結(jié)論對川西高原季節(jié)性凍土地區(qū)路基的凍脹融沉災(zāi)害的治理具有一定的借鑒意義。
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U416.1
【圖文】：

圖 1-1 中國凍土分布圖Fig.1-1 Distribution of frozen soil of China公路與鐵路是國民經(jīng)濟發(fā)展的必要的支撐，是衡量一個國家經(jīng)濟實力和現(xiàn)代化的標(biāo)志。公路運輸?shù)目焖侔l(fā)展有效緩解了我國的交通運輸緊張局勢，顯著提高了的綜合國力和競爭力。根據(jù)交通運輸部 2018 年 3 月發(fā)布的《2017 年交通運輸行業(yè)統(tǒng)計公報》[3]，到 2017 年年底，全國公路總里程為 477.85 萬公里，公路密度達到 49里/百平方公里。與此同時，國家發(fā)改委發(fā)布的《國家公路網(wǎng)規(guī)劃（2013-2030 年 26.5 萬公里普通國道擴展將重點在西部地區(qū)和欠發(fā)達地區(qū)，此外，在“一帶一路“十三五”規(guī)劃以及“西部大開發(fā)”等國家發(fā)展政策穩(wěn)扎穩(wěn)打逐步持續(xù)的執(zhí)行下西高原地區(qū)的公路鐵路網(wǎng)的建設(shè)必定會進入蓬勃發(fā)展的時期，而對季節(jié)性凍土路凍脹融沉引起路基破壞以及相應(yīng)治理措施的研究顯得尤為重要。冬季來臨時，季節(jié)性凍土區(qū)路基由于氣溫驟降，在大氣與路基表面進行劇烈熱換時致使路基中的熱量不斷散失，路基土中的水分達到凍結(jié)臨界溫度，路基凍結(jié)凍結(jié)過程中，由于路基中的持續(xù)熱量損失，溫度下降到冰點以下，使路基中的孔凍結(jié)成冰，土體膨脹；同時，在溫度梯度的作用下，未凍結(jié)土層中的水不斷不均

圖 1-2 川藏鐵路圖Fig. 1-2 Sichuan-Tibet railway map圖 1-3 川藏公路圖Fig.1-3 Sichuan-Tibet highway map

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本文編號：2718489