季冻区高速公路路基拓宽拼接方案与变形控制研究

发布时间：2017-09-12 05:41

  本文关键词：季冻区高速公路路基拓宽拼接方案与变形控制研究

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【摘要】：伴随着经济的蓬勃发展,道路上行驶的汽车数量也在不断增加,庞大的交通量对现有的高速公路网提出了严峻的考验：建于上世纪的高速公路大部分为双向四车道,不能承受激增的交通运输量,严重影响公路的运输效率。而公路改、扩建以其占地面积小,耗费资金少,开放交通早的优势成为了解决这一难题的关键措施。而加宽路基的差异变形控制一直是困扰工程界的难题,对于季节性冻土地区的加宽工程,不仅要考虑新填路基土引起的新旧路基差异变形,还要考虑气温季节性变化所引起的土体的季节性冻融对加宽路基变形造成的更进一步的影响作用。本文针对季节性冻土地区的加宽工程,考虑含水量对土体c、φ值的影响,对季节性冻土地区路基加宽变形进行研究分析,主要内容包括以下几方面：首先,以温度场控制方程为基础,建立加宽路基非稳态温度场的计算模型,结合季节性冻土地区的周期性气温变化特征确定模型温度计算的边界条件,同时考虑在冻结区、融化区、相变过渡区材料热参数的变化,给出季节性冻土地区加宽路基非稳态温度场计算模型。同时,分析路基加宽后与加宽前温度场变化情况以及加宽时间对路基温度场的影响情况。得到如下结论：在相同的时间条件下,加宽后路基中的温度大于加宽前路基中相应位置处的温度值,且当计算时间为10年时,加宽后路基中的温度值与加宽前路基中相应位置处的温度值基本趋于一致。加宽时间越晚,外界负温对路基温度影响越明显。其次,以温度梯度修正Fick第一定律建立土体在冻结过程中的含水量变化计算模型,以温度梯度修正达西定律建立土体在融化过程中的含水量变化计算模型,最后综合考虑冻结及融化作用,得出经过一次冻结融化作用之后土体中的含水量变化计算模型。最后,以一次冻融循环后路基中含水量值为基础,通过含水量与强度参数值之间的回归关系,建立季节性冻土地区加宽路基变形计算模型。并分析不同加宽方式、加宽宽度、路基填筑高度、土工格栅铺设层数、冻融循环次数对加宽路基变形的影响。初步得到以下结论：双侧加宽方式更有利于路基受力平衡,但施工过程控制难度较大：当路基填筑高度增加为6m时,新路基坡脚处及坡脚下不同深度处水平位移增大幅度较大,需进行专项控制；铺设土工格栅对减小路基的竖向变形方面效果不明显,而对减小新路基坡脚处水平位移方面效果较明显；路基竖向变形随着冻融循环次数的增多而增大,但增大幅度不大。
【关键词】：季节性冻土 加宽路基 温度场 变形场
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-17
• 1.2.1 冻土区路基温度场研究现状11-12
• 1.2.2 冻土区路基水分场研究现状12-14
• 1.2.3 高速公路改扩建工程研究现状14-17
• 1.3 论文研究内容17-18
• 1.4 主要技术路线18-20
• 第二章 季冻区加宽路基温度场分布研究20-38
• 2.1 加宽路基温度场数值计算20-25
• 2.1.1 温度控制方程20-21
• 2.1.2 计算模型21-22
• 2.1.3 计算参数22-24
• 2.1.4 边界条件24-25
• 2.2 加宽路基温度场分布规律研究25-36
• 2.2.1 加宽作用对路基温度场分布的影响26-34
• 2.2.2 加宽时间对路基温度场分布的影响34-36
• 2.3 本章小结36-38
• 第三章 季冻区加宽路基水分场分布研究38-50
• 3.1 加宽路基水分迁移模型研究38-44
• 3.1.1 冻结期土体水分迁移模型38-41
• 3.1.2 融化期土体水分迁移模型41-43
• 3.1.3 冻融循环后水分迁移模型43-44
• 3.2 模型参数确定44-47
• 3.2.1 冻结期模型参数确定44-46
• 3.2.2 融化期模型参数确定46-47
• 3.3 加宽路基水分场分布47-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 季冻区加宽路基变形数值模拟50-72
• 4.1 加宽路基变形场数值计算51-56
• 4.1.1 计算假定51
• 4.1.2 计算模型51-53
• 4.1.3 计算参数53-55
• 4.1.4 计算步骤55-56
• 4.2 影响因素分析56-71
• 4.2.1 加宽方式对路基变形的影响56-59
• 4.2.2 加宽宽度对路基变形的影响59-61
• 4.2.3 路堤填筑高度对路基变形的影响61-64
• 4.2.4 土工合成材料的铺设对路基变形的影响64-68
• 4.2.5 冻融循环次数对路基变形的影响68-71
• 4.3 本章小结71-72
• 第五章 结论72-74
• 5.1 主要研究结论72-73
• 5.2 进一步研究建议73-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-79

【参考文献】

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本文编号：835435