川西高原季节性冻土路基治理后冻融循环特征试验研究

发布时间：2020-06-18 01:41

【摘要】：季节性冻土作为一种极为敏感的不稳定土体,其物理性质随着气候和温度变化及冻融过程的发展而动态变化,季节性冻土区路基季节性冻融规律明显,受季节性冻胀和融沉的影响,导致膨胀、开裂、翻浆等一系列冻融灾害。公路的耐久性、实用性和安全性受到严重影响。近年来,随着西部大开发和“十三五”基础设施建设的稳步推进,川西季节性冰冻地区的公路和铁路建设将会加快,而季节性冻土区的路基冻胀融沉问题非常突出并且相关研究成果较少。因此,研究川西高原季节性冻土冻胀融沉的处理是十分必要的,可为道路冻胀融沉的处理提供参考。本文针对川西高原季节性冻土区康定至新都桥国道为研究对象,研制了路基土冻融循环效应治理试验系统,开展了冻融循环模型试验,利用建立的路基水热力耦合模型模拟模型试验,验证了数值模拟的可靠性。根据分析结果,证明了季节性冻土路基病害处理措施的有效性。主要研究内容和成果如下:(1)研制了路基冻融循环效应治理的试验系统。为了模拟川西高原季节性冻土区路基的冻融循环效应,综合考虑了温湿度及地下水等条件,设计了可程式试验仓、温湿度采集装置、应力应变采集装置、保温装置、防排水板及三维土工布系统、自动加热装置等,可实时采集记录路基模型中的温度和体积含水率及路基变形。(2)对路基模型进行了多次冻融循环试验。通过多次冻融循环试验测得的结果,研究分析了模型体在各个循环冻融阶段的含水量、温度和路基变形规律,并将川西季节性冻土区路基冻融循环效应与以往研究进行了对比,验证了本文针对季节性冻土路基冻胀融沉病害治理措施的有效性。(3)对模型试验进行了数值模拟分析。基于现有的水热耦合方程和模型,对室内模型试验进行了数值模拟,通过模拟结果与模型试验实测结果的对比发现,二者变化规律具有较强的相似性,证明了数值模拟结果的准确性,验证了对季节性冻土路基,通过铺设复合防排水板和三维土工布抑制地下水向路基内部迁移及铺设保温板阻碍路基与环境的热质交换的方式治理季节性冻土区冻胀融沉的可行性且治理效果较为明显。本文通过开发的路基冻融循环效应灾害控制试验系统,对季节性冻土地区路基进行了冻融循环效应模型试验,并通过建模进行了数值模拟,研究的结论对川西高原季节性冻土地区路基的冻胀融沉灾害的治理具有一定的借鉴意义。
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U416.1
【图文】：

分布图,分布图,路基

图 1-1 中国冻土分布图Fig.1-1 Distribution of frozen soil of China公路与铁路是国民经济发展的必要的支撑，是衡量一个国家经济实力和现代化的标志。公路运输的快速发展有效缓解了我国的交通运输紧张局势，显著提高了的综合国力和竞争力。根据交通运输部 2018 年 3 月发布的《2017 年交通运输行业统计公报》[3]，到 2017 年年底，全国公路总里程为 477.85 万公里，公路密度达到 49里/百平方公里。与此同时，国家发改委发布的《国家公路网规划（2013-2030 年 26.5 万公里普通国道扩展将重点在西部地区和欠发达地区，此外，在“一带一路“十三五”规划以及“西部大开发”等国家发展政策稳扎稳打逐步持续的执行下西高原地区的公路铁路网的建设必定会进入蓬勃发展的时期，而对季节性冻土路冻胀融沉引起路基破坏以及相应治理措施的研究显得尤为重要。冬季来临时，季节性冻土区路基由于气温骤降，在大气与路基表面进行剧烈热换时致使路基中的热量不断散失，路基土中的水分达到冻结临界温度，路基冻结冻结过程中，由于路基中的持续热量损失，温度下降到冰点以下，使路基中的孔冻结成冰，土体膨胀；同时，在温度梯度的作用下，未冻结土层中的水不断不均

川藏公路

图 1-2 川藏铁路图Fig. 1-2 Sichuan-Tibet railway map图 1-3 川藏公路图Fig.1-3 Sichuan-Tibet highway map

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