冻融循环作用下路基结构水热稳定性的研究

发布时间：2017-09-30 02:31

  本文关键词：冻融循环作用下路基结构水热稳定性的研究

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【摘要】：路基作为一带状构筑物,附着于自然地基表面,容易受到外界环境荷载的影响。影响路基稳定性的外界环境因素主要有冻融循环、干湿循环、风蚀循环等多个方面。冻融循环对路基的破坏主要表现为路基土体的冻胀和融沉,出现这两种现象主要原因是外界四季温度的交替,使得路基内部存在一个温度梯度,这种温度分布的不均匀使得路基土体中的水分分布发生了改变引起的。冻土在我国广泛分布于北方地区和个别海拔较高的山脉等地,大约能占到国土面积的一半左右。冻土作为特殊土的一种,温度是影响它稳定性的关键性因素。根据《中长期路网规划》,徐兰客专、青太客专、京沪高铁、京哈高铁等多条线路经过多年冻土区域或季节性冻土区域,所以说研究冻融循环作用下的路基内部温度、水分等因素的分布及变化规律是解决冻土问题的一个重要方面。冻土地区路基的破坏主要是由于路基内部温度和水分发生改变引起的。本文以大西高铁临汾段季节性冻土路基为研究的对象,运用ANSYS有限元软件对冻融循环作用下的路基温度场、水分场进行数值模拟,探讨路基因冻融循环产生破坏的机理。1.结合大西线路基的特点,根据当地的实际气温和地质条件,按照不同情况下的路基边界条件,分析路基温度场的分布规律,得到路基各关键点沿竖向和横向的温度分布图,进而得出冻结和融沉的变化规律。2.水分的变化是路基发生冻胀和融沉的首要因素,本文根据水分迁移控制方程,考虑在有大气降雨条件下,对路基进行了水分场的数值模拟,得到了水分分布及迁移规律,研究因水分迁移产生的路基病害的机理。3.温度和水分是影响路基变形的两个重要方面,将第三章和第四章计算所得的双场数据结果导入到路基变形的模型中,对路基发生变形的情况进一步进行模拟,分别计算路基内部各节点的变形量以及最不利位置和最大变形量,了解路基不同位置的变形情况。
【关键词】：路基 冻胀融沉 温度场 水分场 水热稳定性 数值模拟
【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
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 该课题研究的目的及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.3 本文研究内容14-16
• 2 路基冻胀与融沉分析16-21
• 2.1 冻胀原因16-18
• 2.1.1 冻胀机理分析16-17
• 2.1.2 冻胀影响因素17-18
• 2.2 融沉原因18-19
• 2.2.1 融沉机理分析18-19
• 2.2.2 融沉影响因素19
• 2.3 小结19-21
• 3 冻融循环作用下路基温度场的研究21-44
• 3.1 路基瞬态温度场基本理论21-25
• 3.1.1 路基瞬态温度场控制方程21
• 3.1.2 存在水分相变的路基非稳态温度场的控制方程21-22
• 3.1.3 路基温度场的影响因素22-25
• 3.2 工程概况25-26
• 3.2.1 地层岩性及地质构造25-26
• 3.2.2 气候及水文状况26
• 3.3 计算模型的建立26-29
• 3.3.1 单元和材料参数的确定26-27
• 3.3.2 边界条件及荷载的确定27-29
• 3.4 冻融作用下路基温度场的有限元分析29-42
• 3.4.1 有限元及ANSYS软件简介29-30
• 3.4.2 温度场有限元模型30-32
• 3.4.3 冻融作用下路基有限元计算结果分析32-42
• 3.5 本章小结42-44
• 4 冻融循环作用下路基水分场的研究44-55
• 4.1 路基水分场基本理论44-46
• 4.1.1 非饱和土水分迁移控制方程44
• 4.1.2 水分迁移驱动力44-46
• 4.1.3 边界条件及参数的确定46
• 4.2 路基水分迁移研究46-50
• 4.2.1 质量守恒定律47
• 4.2.2 土体水分迁移控制方程47-48
• 4.2.3 土体毛细现象A.Hazen经验公式48
• 4.2.4 毛细水上升高度理论分析48-49
• 4.2.5 土体水分运动参数的确定49-50
• 4.3 冻融作用下路基水分场有限元分析50-54
• 4.3.1 模型的建立50-51
• 4.3.2 计算参数的选取51-52
• 4.3.3 考虑大气降雨的路基水分场有限元分析52-54
• 4.4 小结54-55
• 5 季冻区路基变形的研究55-62
• 5.1 水热变化对路基强度的影响55-56
• 5.1.1 温度场对路基强度的影响55-56
• 5.1.2 水分场对路基强度的影响56
• 5.2 水分冻结对路基变形的影响56-59
• 5.2.1 冻结期水分迁移机理56-57
• 5.2.2 冻结路基模型的建立57-58
• 5.2.3 冻结模型有限元计算结果的分析58-59
• 5.3 考虑降雨作用下的路基融沉研究59-61
• 5.3.1 有限元模型的建立60
• 5.3.2 有限元计算结果的分析60-61
• 5.4 小结61-62
• 6 结论与展望62-64
• 6.1 结论62
• 6.2 展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-67
• 攻读学位期间的研究成果67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：945675