【摘要】：凍融和重車荷載是我國季節(jié)性凍土地區(qū)交通設(shè)施建設(shè)和運營面臨的兩大亟待解決的工程危害。圍繞這一課題的研究持續(xù)數(shù)十年,但工程問題依然未徹底解決。本文針對國內(nèi)外對季節(jié)性凍土地區(qū)路基穩(wěn)定性評價方法不完善的事實,密切我國道路建設(shè)與維護的需要,運用理論分析、室內(nèi)試驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的手段,在充分認識凍融循環(huán)作用對路基土結(jié)構(gòu)演化的影響規(guī)律的基礎(chǔ)上,研究了路基融土的靜、動力特性,提出了路基融土的動力永久變形預(yù)估公式,建立并驗證了路基水-熱-動力耦合有限元模型,研究了季凍區(qū)道路路基的工作狀態(tài)以及動力響應(yīng)演化規(guī)律,提出了路基永久變形計算流程和描述方程,并根據(jù)路面的要求確定了季凍區(qū)路基的容許變形控制標準。主要研究內(nèi)容及獲取的研究成果如下:基于剪切波速試驗和工業(yè)CT掃描試驗的結(jié)果,分別以剪切波速和灰度值為指標研究了凍融循環(huán)作用對路基黏土剛度和密度的影響。通過引入各向異性指數(shù)的概念,定量地研究了路基黏土的小應(yīng)變剪切模量各向異性和等效密度各向異性隨著凍融循環(huán)次數(shù)的演化規(guī)律,揭示了凍融循環(huán)作用的影響機理,認為路基黏土的剛度和密度在凍融循環(huán)作用的影響下產(chǎn)生了弱化,經(jīng)歷7次凍融循環(huán)次數(shù)之后弱化作用不再明顯。利用等向壓縮-回彈試驗、三軸靜力蠕變試驗、三軸剪切壓縮試驗以及應(yīng)變速率試驗系統(tǒng)地研究了不同凍融循環(huán)次數(shù)下路基黏土的壓縮回彈特性、蠕變特性、應(yīng)力~應(yīng)變關(guān)系以及應(yīng)變速率特性,建立了路基融土的峰值強度、壓縮曲線斜率及回彈曲線斜率等參數(shù)與凍融循環(huán)次數(shù)的函數(shù)關(guān)系,給出了路基融土的三軸蠕變預(yù)測模型,研究了路基融土的抗剪強度、割線模量以及抗剪強度指標與應(yīng)變速率的增減關(guān)系,認為廣義雙曲線模型能夠描述不同應(yīng)變速率下路基融土的應(yīng)力~應(yīng)變關(guān)系。利用一系列的動態(tài)三軸試驗研究了融化飽和黏土在長期循環(huán)加載過程中動態(tài)剪切模量、阻尼比、回彈模量以及累積塑性應(yīng)變的演化規(guī)律,研究了不同影響因素對路基黏土上述特性的影響,驗證了Martin-Davidenkov模型和雙曲線模型可分別用來預(yù)測長期循環(huán)荷載作用下路基融土的動態(tài)剪切模量和阻尼比的演化規(guī)律,建立了可考慮凍融循環(huán)次數(shù)、動應(yīng)力幅值、圍壓、加載頻率以及振動次數(shù)等五種影響因素的路基融土長期回彈模量經(jīng)驗?zāi)Ｐ?提出了可考慮凍融循環(huán)次數(shù)、動應(yīng)力幅值、含水率、初始應(yīng)力比以及振動次數(shù)等因素的路基黏土累積塑性應(yīng)變經(jīng)驗?zāi)Ｐ�。利用非飽和路基土水分遷移試驗和路基動壓應(yīng)力現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)分別驗證了水-熱耦合模型和路基-路面動力響應(yīng)模型,二者按照順序耦合關(guān)系構(gòu)成了水-熱-動力模型。利用水-熱-動力模型分析了季節(jié)性凍土地區(qū)路基在修筑完成后20年內(nèi)溫度場和水分場的演化規(guī)律,通過建立路基動態(tài)彈性模量在不同工作狀態(tài)下的計算公式,系統(tǒng)地研究了路基在季節(jié)變化和重車荷載作用下的工作狀態(tài)及其動應(yīng)力響應(yīng)。提出了季凍區(qū)路基不均勻變形的計算方法,確定了季凍區(qū)路基不均勻變形的模式及其函數(shù)表達式,認為高斯峰值函數(shù)可以合理地描述路基橫向不均勻變形曲線。建立了以凍融循環(huán)次數(shù)、重車荷載以及循環(huán)振動次數(shù)為變量的路基不均勻變形預(yù)估公式。選定了可同時描述不均勻變形曲線寬度和深度的高斯峰值函數(shù)的參數(shù)作為路基不均勻變形的控制指標,選定底基層層底拉應(yīng)力作為路面安全性能的研究指標,建立了可考慮路面結(jié)構(gòu)層厚度、路面結(jié)構(gòu)層模量以及路基不均勻變形控制指標的道路底基層層底拉應(yīng)力的預(yù)估公式。以道路設(shè)計階段底基層層底拉應(yīng)力的容許值作為控制標準,提出了季節(jié)性凍土地區(qū)路基不均勻變形控制指標的計算式,并給出了確定路基不均勻性變形容許值的算例。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U416.168

【參考文獻】

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本文編號：2740414