本文關鍵詞：附面層參數(shù)標定及凍土路基水熱穩(wěn)定數(shù)值模擬方法初探，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：我國凍土主要分布于中北部地區(qū)及青藏高原地區(qū)。近年來,凍土區(qū)高速公路和鐵路的修建步伐很快,其中由于凍土易受溫度影響的工程特性,凍土區(qū)路基的凍脹融沉等病害問題非常突出。水熱耦合數(shù)值分析是預估和研究凍土路基穩(wěn)定性的重要手段。在寒區(qū)路基溫度場和水分場的長期模擬中,地表熱邊界�；凇案矫鎸釉怼贝_定,即假設一定深度(附面層厚度)的土體溫度函數(shù)等于大氣日平均溫度函數(shù)加上一個溫度增量,以該溫度函數(shù)作為地表熱邊界條件。目前,附面層厚度和溫度增量一般通過實際觀測值回歸分析得到,缺乏相應的理論研究和參數(shù)確定方法。另外凍土水熱耦合模擬是一個復雜的問題,尚沒有成熟公認的模型。本研究針對凍土路基上部熱邊界問題和水熱耦合模型開展研究,主要完成了以下內(nèi)容：(1)通過解析分析,提出了附面層厚度選取標準,通過理論分析建立附面層厚度的確定方法；通過數(shù)值模擬,分析了太陽輻射、路面結構和環(huán)境等因素對附面層底部溫度增量的影響,建立了溫度增量的計算公式和設計圖表；(2)針對寒區(qū)典型道路結構,給出了附面層厚度取值范圍和溫度增量的計算方法；(3)建立了路基水熱耦合計算控制方程,并通過COMSOL軟件二次開發(fā)實現(xiàn)了路基凍脹融沉問題的水熱耦合計算；(4)將附面層理論及水熱耦合方法應用于哈大高鐵路基凍脹問題,分析了寒區(qū)級配碎石高鐵路基的凍脹病害機理。本文的研究能夠為凍土路基長期行為模擬給出更精確的附面層參數(shù),為凍脹融沉模擬提供了一個可行的方法,這些成果能夠為凍土路基凍脹融沉的精確數(shù)值模擬計算夯實基礎,有望應用于工程實踐。
【關鍵詞】：凍土 凍脹 附面層理論 水熱耦合 路基穩(wěn)定性
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U213.1;U416.1
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 緒論12-22
• 1.1 研究背景及意義12-14
• 1.2 研究現(xiàn)狀14-20
• 1.2.1 凍土路基溫度場理論研究14-15
• 1.2.2 凍土路基溫度場數(shù)值模擬研究15-18
• 1.2.3 凍土路基溫度場室內(nèi)試驗研究18-19
• 1.2.4 凍土路基溫度場現(xiàn)場觀測研究19-20
• 1.3 研究內(nèi)容及技術路線20-21
• 1.4 創(chuàng)新點21-22
• 2 路基溫度場長期模擬中的地表熱邊界條件22-36
• 2.1 附面層解析分析22-25
• 2.1.1 附面層原理及附面層厚度定義22-23
• 2.1.2 附面層的主要影響因素23-24
• 2.1.3 附面層熱傳導微分方程24
• 2.1.4 周期性邊界條件下的一維熱傳導問題解析解24
• 2.1.5 層狀路基熱傳導衰減指數(shù)及等效熱擴散率計算24-25
• 2.2 附面層厚度計算25-26
• 2.2.1 附面層厚度計算25-26
• 2.2.2 附面層厚度影響分析26
• 2.3 一維層狀路基熱傳導問題數(shù)值模型26-28
• 2.3.1 數(shù)值模型26-27
• 2.3.2 邊界條件27-28
• 2.4 路基溫度場日變化反演分析28-29
• 2.4.1 材料參數(shù)與氣象參數(shù)28
• 2.4.2 邊界條件參數(shù)28
• 2.4.3 模擬結果分析28-29
• 2.5 溫度增量影響分析29-33
• 2.5.1 太陽有效輻射影響30
• 2.5.2 路面熱輻射影響30-31
• 2.5.3 空氣對流影響31-32
• 2.5.4 路面結構影響32
• 2.5.5 溫度增量確定方法32-33
• 2.6 中長期路基溫度場模擬方法總結33-34
• 2.7 結語34-36
• 3 典型道路附面層模型參數(shù)標定36-48
• 3.1 典型道路附面層厚度計算36-40
• 3.1.1 高速公路路基附面層厚度37-38
• 3.1.2 鐵路路面附面層厚度38-40
• 3.2 溫度增量的影響參數(shù)選取40-44
• 3.2.1 太陽總輻射計算40-42
• 3.2.2 路面吸收率42
• 3.2.3 坡面系數(shù)42-43
• 3.2.4 計算步驟43-44
• 3.3 路基溫度場數(shù)值模擬案例44-47
• 3.3.1 幾何模型和材料參數(shù)44
• 3.3.2 邊界條件選取44-46
• 3.3.3 數(shù)值模擬結果46-47
• 3.4 小結47-48
• 4 凍土水熱耦合方程及數(shù)值模擬研究48-60
• 4.1 凍土水熱耦合求解微分方程組48-50
• 4.1.1 溫度場控制方程48-49
• 4.1.2 水分場控制方程49
• 4.1.3 相變動態(tài)平衡關系49-50
• 4.2 基于COMSOL二次開發(fā)的水熱耦合數(shù)值模型50-52
• 4.3 數(shù)值模型驗證52-55
• 4.3.1 融化試驗模擬及分析52-53
• 4.3.2 凍結試驗模擬及分析53-54
• 4.3.3 結論54-55
• 4.4 多年凍土區(qū)路基水熱耦合模擬55-58
• 4.4.1 幾何模型及物理參數(shù)55
• 4.4.2 邊界條件和模擬過程55-56
• 4.4.3 模擬結果及分析56-58
• 4.5 結論58-60
• 5 哈大高鐵路基水熱耦合模擬及凍脹分析60-74
• 5.1 哈大高鐵工況介紹60-62
• 5.2 路基水分場和溫度場耦合模擬62-68
• 5.2.1 數(shù)值模型及材料參數(shù)62-64
• 5.2.2 邊界條件和物理場設定64-65
• 5.2.3 模擬結果及分析65-68
• 5.3 路基基床凍脹模擬及分析68-72
• 5.3.1 路基凍脹變形模型選取68
• 5.3.2 路基凍脹數(shù)值模型建立68-70
• 5.3.3 路基凍脹變形模擬結果及分析70-72
• 5.4 結論72-74
• 6 總結與展望74-76
• 6.1 論文的主要工作和研究成果74
• 6.2 論文研究的不足與展望74-76
• 參考文獻76-80
• 作者簡歷及攻讀碩士學位期間取得的研究成果80-84
• 學位論文數(shù)據(jù)集84

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  本文關鍵詞：附面層參數(shù)標定及凍土路基水熱穩(wěn)定數(shù)值模擬方法初探，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：321408