多年冻土地区路面类型对路基温度场的影响

摘要

随着公路运输业的发展，在多年冻土地区修筑高等级公路己成为公路建设发展的必然趋势。公路等级的提高，使得路面类型由较低等级的砂砾路面逐渐向较高等级的沥青路面和水泥路面转变，但由于不同路面类型下路基的热稳定性状况不同，这就使得研究不同路面类型下路基热稳定性状况成为了一个新的研究课题。本文通过对G214线实测地温资料的分析和对不同路面类型下路基温度场的数值模拟，结果表明路面类型对多年冻土地区路基下伏多年冻土的热稳定性有很大的影响：路面类型在很大程度上影响着路基下多年冻土土体温度的变化，而路基下多年冻土温度的变化和热稳定性在很大程度上又反过来影响和控制着其上路基路面的稳定和病害的发生发展。
　　 本文综合考虑气温、路基高度及路基宽度等多种条件及工程特点等因素的影响，采用有限元软件GEO-SLOPE对沥青路面和水泥路面下路基温度场进行了有限元数值模拟。对比分析和预测了相同条件下沥青路面和水泥路面下路基最大融化深度随公路运营时间的差异及在路基运营多年后不同季节的路基温度场差异，所得主要结论如下：
　　 1.水泥路面对路基下浅层地温的影响明显小于相邻修筑的沥青路面，且两者的差异存在着很强的季节差异性，夏季两者的差异明显比冬季大。
　　 2.实测资料和数值模拟都表明水泥路面下最大融化深度要明显比沥青路面小，且最大融化深度随路基运营时间的增加加深的速率也明显低于沥青路面，发生最大融化深度的时间也晚于沥青路面。
　　 3.在高温多年冻土地区，随着路基运营时间的增加，部分路基基底逐渐形成融化核，且融化核逐年呈增大趋势。总体上来说沥青路面形成的时间要明显早于水泥路面，且随着路基高度的增加，两种路面形成融化核的时间均有所提前。
　　 4.两种路面下最大融化深度的差异(即路面类型对路基最大融化深度的影响)并不完全随路基高度和公路运营时间的变化而单调变化，其变化规律在很大程度上由路基宽度决定。且在对由路面类型引起的路基最大融化深度的差异上，路基高度和路基宽度在某种程度上存在着一定的动态等效性(由路基宽度引起的差异在一定程度上可由增加路基高度补偿)。
　　 5.沥青路面下路基温度场受路基高度和路基宽度的影响程度均比水泥路面大。
　　 6.在高温多年冻土地区，不同季节由路面类型引起的路基地温特征曲线的差异要明显大于由路基宽度和路基高度引起的路基温度场的差异。

目录

文摘

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声明

第一章 绪论

1.1研究背景及研究意义

1.2国内外公路工程的研究现状

1.3本文研究内容

第二章 多年冻土区与路面有关的路基温度场的影响因素

2.1路面的外界环境因素

2.2路面的工程特点

2.3工程措施

2.4本章小结

第三章 多年冻土地区路面类型对路基温度场的影响

3.1国道214醉马滩试验段监测断面处地温资料分析

3.2国道214花石峡试验段监测断面处地温资料分析

3.3分析结果

第四章 路基温度场的数值模拟

4.1数值模拟方法

4.2路基温度场的数学模型

4.3边界条件的确定

4.4本章小结

第五章 多年冻土地区路基温度场的有限元模拟计算

5.1有限元分析模型的构建

5.2有限元计算结果的分析

5.3本章小结

第六章 结论与展望

6.1主要结论

6.2展望

参考文献

致谢

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