动荷载和冻融循环对季节冻土区高铁路基变形影响研究
发布时间：2022-02-18 10:35
季节性冻土地区高速铁路路基在气温变化、冻融循环的反复作用以及反复列车振动冲击的相互作用下,路基土体内的应力、变形的变化机理尤为复杂。由于目前路基沉降变形问题的研究成果多集中在考虑静荷载或是普通列车,对于综合考虑动荷载和冻融循环作用下路基的变形规律的研究尚未成熟。本文以哈大高铁工程为研究对象,参考前人关于季冻区铁路路基防冻层设计特点和工作特性的研究,根据热力学相关理论,采用耦合热-流体力学分析模型（流动变形）的数值模型,利用PLAXIS有限元软件实现路基土体THM（水热力耦合）数值仿真分析,运用PLAXIS软件提供的HSS本构模型（小应变土体硬化模型）,考虑气温变化、路基填料的冻胀率、防冻层导热性等因素,研究分析高铁路基在冻融循环作用下的温度分布和沉降变形。在此基础上,采用PLAXIS动力模拟和时程分析,研究冻土地基在结冰状态和融化状态时的残余变形和最终沉降变形,计算路基在动力荷载作用下的最终沉降量。本文主要取得以下成果:（1）地层中的温度影响随土体深度加深而衰减,土体中结冰层厚度最大值形成时期在全年出现最低温度和冰点温度日期之间。铁路路基防冻层导热性会影响路基结冰层的厚度,防冻层下方的...
【文章来源】：西南交通大学四川省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高铁路基与地层几何模型
图 2.3 有限单元网格地基的参数选取采用 HSS 本构模型进行模拟。 该模型是非线性塑性本构模型属性，它充分考虑了三轴试验和固结试验等不同应力路径下的级参数采用多年实践积累的经验参数，不同温度下未冻水含量表 2-5 路基和地基各土层土材料属性名称 单位 级配碎石 AB 填料 黏质黄土 粉质黏土 γunsatkN/m319.58 23.10 17.00 20.80 E′ kN/m2350Ecref′ kN/m21 1 50 35 φ - 42 42 22 24 k m/day 1 1 0.01 0.02
图 2.4 气温分布图结果与分析地基温度场变化变化，如图 2.5。地表从 25 度，降低到-20 度。地层中的温度影响随 摄氏度（273.1K）以上的区域，可以获得结冰深度如图 2.7,不难看出度比两侧边坡厚度小，这是因为防冻层有效的降低热传导系数。路 1.02m，两侧边坡结冰厚度 2.31m。出每个时间点上的结冰厚度，发现在 215.7 天，路基下方结冰厚度为冰厚度 2.83m。可见，结冰厚度既不是天气温度最低的时候，也不是K 的时候，而是介于两者之间。这是因为地热本身是高于冰点的。因气温、地层深处的温度和地层导热系数共同决定的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]季节性冻土CFG桩复合地基冻融循环后承载力数值模拟[J]. 李英娜,张井财. 低温建筑技术. 2017(11)
[2]季节冻土区光伏支架螺旋桩基的冻胀数值分析研究[J]. 王腾飞,刘建坤,刘晓强,尚亚龙. 冰川冻土. 2016(04)
[3]冻土水热耦合方程及数值模拟研究[J]. 白青波,李旭,田亚护,房建宏. 岩土工程学报. 2015(S2)
[4]季节性冻土地区高速铁路路基冻融变形规律研究[J]. 张玉芝,杜彦良,孙宝臣,张少朋,韩晶. 岩石力学与工程学报. 2014(12)
[5]季节性冻土地区高速铁路路基地温分布规律研究[J]. 张玉芝,杜彦良,孙宝臣. 岩石力学与工程学报. 2014(06)
[6]冻融循环对水泥土力学特性的影响[J]. 陈四利,史建军,于涛,黄杰. 应用基础与工程科学学报. 2014(02)
[7]冻融循环对不同塑性指数路基土动力特性影响[J]. 王静,刘寒冰,吴春利,曲肖龙. 岩土工程学报. 2014(04)
[8]109国道季节性冻土区路基原始温度场分析[J]. 苏延桂,王旭. 青海大学学报(自然科学版). 2013(05)
[9]季节性冻土地区高铁路基沉降研究[J]. 张爽,唐春安,张向东. 东北大学学报(自然科学版). 2013(08)
[10]中国冻土力学研究50a回顾与展望[J]. 马巍,王大雁. 岩土工程学报. 2012(04)
博士论文
[1]季节冻土动剪切模量阻尼比试验研究[D]. 于啸波.中国地震局工程力学研究所 2016
[2]深季节性冻土地区高速铁路路基稳定性研究[D]. 张玉芝.北京交通大学 2015
[3]深季节冻土区列车荷载下路基振动响应特性与永久变形研究[D]. 王子玉.哈尔滨工业大学 2014
[4]冻融循环与列车动载耦合作用下高速铁路地基沉降规律研究[D]. 兰常玉.辽宁工程技术大学 2009
硕士论文
[1]高山草甸区路基土冻胀特性研究[D]. 来庆专.长安大学 2016
[2]深季节冻土区粉砂土力学性质试验研究[D]. 武宁.石家庄铁道大学 2014
[3]冻土水热力三场耦合的衬砌渠道冻胀数值模拟研究[D]. 王文杰.西北农林科技大学 2013
本文编号：3630680
【文章来源】：西南交通大学四川省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高铁路基与地层几何模型
图 2.3 有限单元网格地基的参数选取采用 HSS 本构模型进行模拟。 该模型是非线性塑性本构模型属性，它充分考虑了三轴试验和固结试验等不同应力路径下的级参数采用多年实践积累的经验参数，不同温度下未冻水含量表 2-5 路基和地基各土层土材料属性名称 单位 级配碎石 AB 填料 黏质黄土 粉质黏土 γunsatkN/m319.58 23.10 17.00 20.80 E′ kN/m2350Ecref′ kN/m21 1 50 35 φ - 42 42 22 24 k m/day 1 1 0.01 0.02
图 2.4 气温分布图结果与分析地基温度场变化变化，如图 2.5。地表从 25 度，降低到-20 度。地层中的温度影响随 摄氏度（273.1K）以上的区域，可以获得结冰深度如图 2.7,不难看出度比两侧边坡厚度小，这是因为防冻层有效的降低热传导系数。路 1.02m，两侧边坡结冰厚度 2.31m。出每个时间点上的结冰厚度，发现在 215.7 天，路基下方结冰厚度为冰厚度 2.83m。可见，结冰厚度既不是天气温度最低的时候，也不是K 的时候，而是介于两者之间。这是因为地热本身是高于冰点的。因气温、地层深处的温度和地层导热系数共同决定的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]季节性冻土CFG桩复合地基冻融循环后承载力数值模拟[J]. 李英娜,张井财. 低温建筑技术. 2017(11)
[2]季节冻土区光伏支架螺旋桩基的冻胀数值分析研究[J]. 王腾飞,刘建坤,刘晓强,尚亚龙. 冰川冻土. 2016(04)
[3]冻土水热耦合方程及数值模拟研究[J]. 白青波,李旭,田亚护,房建宏. 岩土工程学报. 2015(S2)
[4]季节性冻土地区高速铁路路基冻融变形规律研究[J]. 张玉芝,杜彦良,孙宝臣,张少朋,韩晶. 岩石力学与工程学报. 2014(12)
[5]季节性冻土地区高速铁路路基地温分布规律研究[J]. 张玉芝,杜彦良,孙宝臣. 岩石力学与工程学报. 2014(06)
[6]冻融循环对水泥土力学特性的影响[J]. 陈四利,史建军,于涛,黄杰. 应用基础与工程科学学报. 2014(02)
[7]冻融循环对不同塑性指数路基土动力特性影响[J]. 王静,刘寒冰,吴春利,曲肖龙. 岩土工程学报. 2014(04)
[8]109国道季节性冻土区路基原始温度场分析[J]. 苏延桂,王旭. 青海大学学报(自然科学版). 2013(05)
[9]季节性冻土地区高铁路基沉降研究[J]. 张爽,唐春安,张向东. 东北大学学报(自然科学版). 2013(08)
[10]中国冻土力学研究50a回顾与展望[J]. 马巍,王大雁. 岩土工程学报. 2012(04)
博士论文
[1]季节冻土动剪切模量阻尼比试验研究[D]. 于啸波.中国地震局工程力学研究所 2016
[2]深季节性冻土地区高速铁路路基稳定性研究[D]. 张玉芝.北京交通大学 2015
[3]深季节冻土区列车荷载下路基振动响应特性与永久变形研究[D]. 王子玉.哈尔滨工业大学 2014
[4]冻融循环与列车动载耦合作用下高速铁路地基沉降规律研究[D]. 兰常玉.辽宁工程技术大学 2009
硕士论文
[1]高山草甸区路基土冻胀特性研究[D]. 来庆专.长安大学 2016
[2]深季节冻土区粉砂土力学性质试验研究[D]. 武宁.石家庄铁道大学 2014
[3]冻土水热力三场耦合的衬砌渠道冻胀数值模拟研究[D]. 王文杰.西北农林科技大学 2013
本文编号：3630680
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