多年凍土路基融沉機(jī)理及路面結(jié)構(gòu)對(duì)策研究.pdf

1、隨著多年凍土地區(qū)公路建設(shè)的發(fā)展，破壞了凍土的熱平衡狀態(tài)，使得路基路面修筑過程中出現(xiàn)的工程問題及使用期的早期破壞現(xiàn)象越發(fā)明顯，這些問題的形成與發(fā)展促使對(duì)多年凍土地區(qū)路基融沉機(jī)理、路基融沉預(yù)測(cè)、路面結(jié)構(gòu)分析和路基路面病害對(duì)策等方面進(jìn)行研究。本文在對(duì)多年凍土地區(qū)路基路面典型破壞調(diào)查的基礎(chǔ)上，就上述問題進(jìn)行深入研究和探索。 在多年凍土地區(qū)，由于全球氣候變暖和道路結(jié)構(gòu)物的影響，使原有路基熱平衡狀態(tài)被破壞，為全面研究路基融沉失穩(wěn)過程，本文根

2、據(jù)混合物基本理論，將凍土看作由土顆粒、冰和流體(未凍水和氣體)組成的多孔介質(zhì)，在基本假設(shè)條件下，根據(jù)確定性公理、局部作用公理和等存性公理，結(jié)合質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量守恒定律、能量守恒定律、熵不等式和體積份數(shù)條件推導(dǎo)了凍土融沉過程的混合物理論，為凍土融沉機(jī)理分析提供了理論基礎(chǔ)。 多年凍土路基融沉失穩(wěn)過程與環(huán)境要素、路基路面結(jié)構(gòu)及材料熱力學(xué)參數(shù)等有關(guān)，本文通過進(jìn)行土體室內(nèi)凍融試驗(yàn)，測(cè)試了土體在整個(gè)凍融過程的溫度場(chǎng)分布和土體變形曲線。然后

3、，選擇和試驗(yàn)土樣幾何尺寸、土體熱物性參數(shù)、邊界條件相同的計(jì)算模型進(jìn)行溫度場(chǎng)數(shù)值模擬，計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果吻合。 凍土融沉是由于凍土內(nèi)部熱積累，降低了凍土的力學(xué)性能，導(dǎo)致土體融沉變形，本文應(yīng)用有限元方法進(jìn)行凍土融沉數(shù)值模擬，采用和溫度場(chǎng)計(jì)算相同的模型，將溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果作為場(chǎng)變量，輸入到模型位移計(jì)算中，模型材料的物理、力學(xué)參數(shù)定義為溫度場(chǎng)的函數(shù)，利用土體固結(jié)理論進(jìn)行模型位移的數(shù)值計(jì)算，比較試驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算方法的可行可信。

4、 以青藏公路路基實(shí)測(cè)變形資料為依據(jù)，研究凍土路基變形的內(nèi)在規(guī)律。利用相空間重構(gòu)理論，將實(shí)測(cè)時(shí)間序列構(gòu)造為多維空間，在構(gòu)造的多維空間中，定義自變量、因變量和樣本數(shù)，采用偏最小二乘回歸方法進(jìn)行數(shù)據(jù)回歸擬合，用特定指標(biāo)判斷擬合精度，考察擬合結(jié)果，建立了多年凍土地區(qū)路基變形預(yù)測(cè)模型。 由于特殊的地理及氣候條件，多年凍土地區(qū)瀝青路面病害較內(nèi)地更為嚴(yán)重和復(fù)雜，這些病害是路基不均勻沉降及在凍融條件下路面材料物理、力學(xué)性能降低的外部表現(xiàn)