本文關(guān)鍵詞：多年凍土區(qū)路基縱向裂縫形成機(jī)理及演化規(guī)律研究　出處：《中國礦業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：縱向裂縫作為多年凍土區(qū)路基工程常見病害,分布廣、規(guī)模大、危害嚴(yán)重。由于多年凍土路基穿越地區(qū)多為高溫高含冰量凍土區(qū),土體凍融敏感性顯著,受季節(jié)周期波動、陰陽坡效應(yīng)、降雨、載荷等諸多因素影響,凍土內(nèi)生裂隙較為發(fā)育,使得多年凍土區(qū)路基縱向裂縫問題極其復(fù)雜。因此,開展多年凍土路基工程縱向裂縫發(fā)生發(fā)展規(guī)律研究、揭示其發(fā)生機(jī)理及演化過程非常必要,研究成果對青藏高原多年凍土路基長期穩(wěn)定及防災(zāi)減災(zāi)具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。本文以青藏高原多年凍土區(qū)路基縱向裂縫問題為研究背景,通過室內(nèi)凍融循環(huán)試驗(yàn)與CT掃描技術(shù),構(gòu)建凍融過程中粉土冷生裂隙形成機(jī)理概念與演化模型來分析縱向裂縫成因機(jī)制;配套自行研制的柔性傳感器模型試驗(yàn)系統(tǒng)對不同環(huán)境因素下路基潛在裂縫發(fā)展域動態(tài)演化規(guī)律進(jìn)行研究,并結(jié)合數(shù)值模擬方法進(jìn)一步分析影響縱向裂縫擴(kuò)展的關(guān)鍵因素,為指導(dǎo)工程實(shí)踐提供依據(jù)。主要研究成果及進(jìn)展如下:(1)基于數(shù)字圖像處理技術(shù)、CT掃描技術(shù),對青藏高原粉土凍融作用下冷生構(gòu)造發(fā)育機(jī)理進(jìn)行了研究,系統(tǒng)分析了凍融過程中冷生構(gòu)造發(fā)育形態(tài)、水分遷移機(jī)制、分凝冰生長等演化過程,揭示了青藏高原粉土凍融過程中冷生裂隙形成機(jī)理,并建立了凍融過程冷生裂隙形成機(jī)理概念模型。(2)自行研制了一種適用于凍土路基一維拉伸變形的柔性薄膜傳感器,自行設(shè)計(jì)制作了凍土路基空間溫度場和裂縫發(fā)展域測試的物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng),開展了季節(jié)周期波動、陰陽坡效應(yīng)、降雨及坡腳積水因素下,普通路基、通風(fēng)管路基和碎石路基空間溫度場測試和路基橫向一維拉伸變形區(qū)域測試。(3)通過分析凍土路基環(huán)境模擬試驗(yàn)測試結(jié)果,揭示了不同形式凍土路基空間溫度場分布規(guī)律及裂縫潛在發(fā)展區(qū)域分布,研究了季節(jié)大氣周期變化、陰陽坡效應(yīng)、降雨(水)環(huán)境、坡腳積水等與路基潛在裂縫發(fā)展域的相關(guān)關(guān)系,以及路基裂縫區(qū)域擴(kuò)展形態(tài)。(4)建立多年凍土區(qū)路基陰陽坡空間溫度場計(jì)算模型,通過分析陰陽坡溫度的變化,揭示了路基陰陽坡空間溫度場演化規(guī)律,研究了季節(jié)周期內(nèi)凍土路基凍土上限和融化深度的關(guān)系,對比分析顯示,數(shù)值計(jì)算結(jié)果與室內(nèi)模型試驗(yàn)陰陽坡溫度場分布規(guī)律一致。(5)基于路基工程中裂縫擴(kuò)展有限元研究方法,建立了多年凍土區(qū)路基裂縫擴(kuò)展過程規(guī)律的計(jì)算模型,計(jì)算了凍土路基裂縫擴(kuò)展深度與陰陽坡效應(yīng)、填土性質(zhì)、填土高度及路面荷載的關(guān)系。研究結(jié)果表明:陰陽坡效應(yīng)、路基高度、填土融沉系數(shù)及路面荷載對裂縫擴(kuò)展均有重要影響,其中填土彈性模量與裂縫擴(kuò)展深度呈指數(shù)衰減,填土高度與裂縫擴(kuò)展深度呈對數(shù)增長,路面荷載引起的沉降量可作裂縫擴(kuò)展深度的預(yù)判參數(shù)。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U416.1
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本文編號：1322698