冻土区地下水对路桥过渡段差异性沉降影响的模型试验研究

发布时间：2017-10-28 17:26

  本文关键词：冻土区地下水对路桥过渡段差异性沉降影响的模型试验研究

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【摘要】：青藏铁路作为一条既有铁路,其沿线环境大多数为多年冻土区,所以其路桥过渡段差异性沉降的问题比一般地区更为严重与复杂。经过对青藏铁路部分线路的勘察可知,路桥过渡段出现差异性沉降病害非常普遍,且具有沉降量大的特点。目前治理这种病害的主要方法是道砟填埋法,经过对使用此治理方法的路桥过渡段的后期追踪监测,发现此方法虽然短时间内有效,但铁路经过长时间运行后,过渡段依然会出现大幅度沉降。如果坚持用此方法进行沉降治理,可能还会造成新的病害。此外,随着冻土区地温的升高、气候环境变化以及人类频繁活动,冻土区原有水文地质环境逐渐发生改变,冻土区地下水对路桥过渡段的差异性沉降影响也逐步加剧。由于国内对处于含地下水冻土区的路桥过渡段沉降研究稀缺,且现场试验受到地质环境等因素限制,导致了目前大多数对路桥过渡段的研究基本上基于理论分析以及有限元模拟分析。现有的室内模型试验均在恒低温环境下进行,致使冻土模型无法形成活动层,与实际不相符合。基于这些问题,本文结合冻土地下水存在特性来开展室内模型试验。本次试验主要存在两个目的:在交变温度环境中形成活动层;通过埋设地下水热效应以及渗流效应模拟设备来观测坡脚积水以及地下水对路桥过渡段差异性沉降的影响。试验分析可得出以下主要结论:(1)室内试验活动层从初始到基本稳定过程中,距离外界大气近的土层温度变化趋势呈现较为规律的正弦波动;随着距离外界大气越远,土层温度变化幅度会逐渐减小直到达到一个基本恒定值。(2)冻土区随着外界温度的逐渐提高,活动层融化深度逐渐增加,在9、10月份基本达到极值,11月份迅速出现冻结现象。活动层的冻结过程会出现双向冻结现象,即活动层从表层以及冻土上限向活动层内部进行冻结。一个冻融循环过程中,活动层处于冻结期的时间要小于融化期。(3)交变温度下过渡段的沉降与恒低温下过渡段沉降比较明显增加。且恒低温情况下过渡段的沉降基本只出现一次较大幅度的沉降现象,而在交变温度下过渡段会出现两次较大幅度的沉降现象。(4)一般情况下,地下水的渗流效应对过渡段沉降的影响要略大于热效应对过渡段的影响。此次试验中,坡脚积水热效应以及渗流效应使过渡段沉降分别增加0.8mm和0.9mm。层下水的热效应以及渗流效应使过渡段沉降分别增加0.7mm和1.2mm。
【关键词】：多年冻土 路桥过渡段 活动层 差异性沉降 地下水 模型试验
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.1;U443.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 本试验研究背景9-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 冻土工程的研究现状11
• 1.2.2 冻土区地下水及冻土融沉相关研究11-13
• 1.2.3 冻土地区路桥过渡段研究现状13-15
• 1.3 本试验研究的发展趋势15-16
• 1.4 试验研究主要内容及意义16-17
• 1.3.1 本试验主要内容16-17
• 1.3.2 本试验研究的意义17
• 1.5 本试验研究所用技术路线17-18
• 2 青藏铁路沿线地下水分布情况18-22
• 2.1 冻土区地下水18-21
• 2.1.1 多年冻土区冻结层上水的分布规律19-20
• 2.1.2 多年冻土区冻结层下水的分布规律20-21
• 2.2 小结21-22
• 3 室内路桥过渡段模型试验22-42
• 3.1 混凝土桥台模型的制作22-26
• 3.1.1 桥台模型制作依据22-24
• 3.1.2 混凝土桥台模型制作过程24-26
• 3.2 路桥过渡段模型与路基模型的制作26-28
• 3.2.1 过渡段模型与路基模型制作依据26-28
• 3.2.2 过渡段模型与路基模型制作过程28
• 3.3 路基下部土体填装以及温度传感器安置过程28-31
• 3.3.1 路基下部土体填装过程28-30
• 3.3.2 温度传感器摆放位置30-31
• 3.4 模型中地下水的制备31-33
• 3.4.1 地下水构造原理31-32
• 3.4.2 地下水热源的设定依据32
• 3.4.3 热源模型的构成32-33
• 3.5 室内试验装置介绍33-37
• 3.6 试验加载方案37-39
• 3.6.1 加载依据37-38
• 3.6.2 试验加载方式38-39
• 3.7 试验模拟区域及桥梁的选定39-42
• 3.7.1 区域的选定39-41
• 3.7.2 桥梁的选定41-42
• 4 活动层形成模拟实验分析42-57
• 4.1 活动层形成试验方案42-43
• 4.2 活动层形成数据整理及分析43-47
• 4.3 活动层深度的标定47-51
• 4.4 坡脚积水对活动层深度影响模拟试验的数据整理及分析51-56
• 4.5 小结56-57
• 5 地下水对路桥过渡段影响试验分析57-66
• 5.1 过渡段模型试验过程57-58
• 5.1.1 试验大气气温的设定57
• 5.1.2 试验工况57-58
• 5.2 试验工况数据整理及分析58-64
• 5.2.1 坡脚积水及层下水对过渡段的沉降影响59-62
• 5.2.2 坡脚积水及层下水对桥台的沉降影响62-63
• 5.2.3 坡脚积水及层下水对路桥过渡段差异性沉降的影响63-64
• 5.3 小结64-66
• 结论与展望66-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-72
• 攻读学位期间的研究成果72

【参考文献】

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本文编号：1109244