高山草甸区路基土冻胀特性研究

发布时间：2017-09-16 13:27

  本文关键词：高山草甸区路基土冻胀特性研究

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【摘要】：高山草甸区由于其特殊的地理环境,路基季节性冻融规律明显。路基受季节性冻融作用,导致路面产生裂缝、翻浆等一系列病害,影响道路正常运营,产生安全隐患。因此,有必要对高山草甸区路基土冻胀特性进行研究,为研究路基冻胀发生及发展机理提供参考,为提出道路防冻胀措施提供借鉴。本文依托高山草甸区贡觉至芒康公路改扩建工程,通过室内试验与有限元数值分析,对路基土冻胀特性进行研究,重点研究冻胀过程中土内水、热、力三场变化规律。主要研究内容如下:(1)总结路基冻胀机理、冻结试验、数学模型及数值分析等方面研究成果,结合高山草甸区道路路基工程特点,确定研究内容及研究思路。(2)研究路基土的基本物理力学性质,基于土的物理组成,参考室内标准冻结试验设备,设计并制作适用于高山草甸区路基土特性的室内冻结试验系统。(3)分析路基土冻胀影响因素,从外界温度、冻结方式、土内细颗粒含量及起始含水率等方面设计室内冻结试验方案,共进行24组室内试验,得到不同试验条件下,路基土冻结过程中温度、水分、位移分布及变化规律。(4)评价路基土的冻胀特性,回归分析路基土冻胀变形率,得到不同冻结方式,冻胀变形率回归方程,并分析冻胀变形率影响因素。(5)参考冻土水、热、力基本方程,引入动态平衡关系,建立路基土冻结过程三场耦合数学模型,将数学模型引入有限元分析软件,分别建立单向冻结、周围冻结二维数值计算模型,验证模型的可行性。基于仿真计算,对冻结过程中土内物理场的变化规律进行研究。本文研究成果可为进一步研究高山草甸区路基冻胀机理提供参考,为研究高山草甸区路基冻胀防治措施提供借鉴。
【关键词】：高山草甸区路基 冻胀特性 室内冻胀试验 耦合模型 数值分析
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.16
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究目的和意义9
• 1.2 研究背景9-10
• 1.3 冻胀的国内外研究现状10-15
• 1.3.1 冻胀机理及试验研究现状10-12
• 1.3.2 冻胀模型的研究现状12-14
• 1.3.3 冻土数值分析的研究现状14-15
• 1.4 本文的研究内容及研究思路15-17
• 1.4.1 研究内容15-16
• 1.4.2 技术路线16-17
• 第二章 依托工程概况及路基土物理力学性质17-26
• 2.1 依托工程的基本概况17-19
• 2.1.1 依托工程的气候及水文地质条件17-18
• 2.1.2 依托工程附近现有道路冻胀病害描述18-19
• 2.2 路基土的物质组成19-21
• 2.2.1 土的粒度成分19-20
• 2.2.2 土的矿物成分20-21
• 2.2.3 土的易溶盐成分21
• 2.3 路基土的力学性质21-25
• 2.3.1 击实试验22-23
• 2.3.2 回弹模量试验23-24
• 2.3.3 承载比（CBR）试验24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 路基土冻胀特性室内试验26-34
• 3.1 室内试验系统26-29
• 3.1.1 试验监测的内容26
• 3.1.2 试验系统的设计26-27
• 3.1.3 试验系统的组成27-29
• 3.2 室内试验方案29-33
• 3.2.1 土冻胀影响因素29-30
• 3.2.2 室内试验方案的设计30-32
• 3.2.3 室内试验土样的制备32-33
• 3.3 本章小结33-34
• 第四章 路基土冻胀特性试验结果分析34-64
• 4.1 单向冻结试验结果分析34-53
• 4.1.1 单向冻结，温度场分析34-41
• 4.1.2 单向冻结，水分场分析41-47
• 4.1.3 不同试验条件，单向冻结深度的确定47-50
• 4.1.4 单向冻结，冻胀变形场分析50-53
• 4.2 周围冻结，冻胀变形场分析53-56
• 4.2.1 相同细颗粒含量，不同起始含水率，冻胀变形量分析53-55
• 4.2.2 相同起始含水率，不同细颗粒含量，冻胀变形量分析55-56
• 4.3 不同冻结方式，冻胀变形率分析56-59
• 4.3.1 土冻胀性评价56-57
• 4.3.2 单向冻结，冻胀变形率分析57-58
• 4.3.3 周围冻结，，冻胀变形率分析58-59
• 4.4 冻胀变形率回归分析59-62
• 4.4.1 单向冻结，冻胀变形率回归分析60-61
• 4.4.2 周围冻结，冻胀变形率回归分析61-62
• 4.5 本章小结62-64
• 第五章 基于室内冻胀特性试验的数值分析64-85
• 5.1 数学计算模型64-67
• 5.1.1 数学模型的基本假定64
• 5.1.2 相变温度场基本方程64-65
• 5.1.3 水分迁移基本方程65
• 5.1.4 应力场基本方程65-67
• 5.1.5 相变动态平衡关系67
• 5.2 计算方法67
• 5.3 计算参数及温度边界条件67-69
• 5.3.1 计算参数的确定67-69
• 5.3.2 温度边界条件69
• 5.4 单向冻结数值分析69-77
• 5.4.1 计算模型69-70
• 5.4.2 计算单元划分70
• 5.4.3 计算结果分析70-77
• 5.5 周围冻结数值分析77-84
• 5.5.1 计算模型77-78
• 5.5.2 计算单元划分78
• 5.5.3 计算结果分析78-84
• 5.6 本章小结84-85
• 结论与建议85-87
• 结论85
• 进一步研究建议85-87
• 参考文献87-90
• 攻读学位期间取得的研究成果90-91
• 致谢91

【参考文献】

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本文编号：863332