高温-高含冰量冻土通风管路基稳定性分析

摘要

随着全球气候变暖，青藏高原多年冻土将逐步退化成高温冻土。修筑在冻土上的道路工程将因冻土温度的变化，其稳定性也将受到影响。高温-高含冰量冻土作为高温冻土的一种特殊的类型，其具有温度敏感性大、变形能力强的特点，更容易引起路基发生病害。在多年冻土区已修建的道路工程中采用碎石路基、通风管路基、保温板和遮阳板等措施防止多年冻土退化。本文选取通风管路基为研究对象，研究高温-高含冰量冻土下通风管路基稳定性的影响。
　　本文以青海省内某公路的通风管路基段为依托。在有、无渗流情况下，通过将通风管边界温度设置成最高温度不变、最低温度阶梯状的变化形式，对路基温度场进行模拟分析。并在温度场的基础上对通风管路基的稳定性进行分析，主要进行了以下几个方面的研究:
　　(1)在通风管边界温度设置成最低温度依次增加、最高温度保持不变的形式的基础上，进行路基温度场数值计算。本文设置条件下的通风管具有与传统设置条件下通风管良好的降温效果，且路基下冻土表现出温度分布上的横向不均匀性。
　　(2)通过路基的阴阳坡与通风管不同形式的组合分析得出:路基的阴阳坡效应不同程度的影响着通风管的降温效率。路基的阴阳坡效应对于路基温度场的影响较大，阳坡可以明显的加热路基土体的温度，阴坡可以明显的降低路基土体的温度，加剧了路基下冻土温度横向的不均匀性。
　　(3)在渗流的情况下，携带热量的入渗水分加深了冻土的融化深度，冻土上限均有不同程度的下降。在通风管边界最低温度依次增加、最高温度保持不变的条件下，水分的入渗加剧了路基下冻土温度横向的不均匀性。
　　(4)路基边坡稳定性的数值计算分析中得出:在融化期，不管采用何种材料进行填筑路基，随着融化深度的增加，边坡稳定系数都随之降低，降低的幅度越来越大。在相同的融化时间，随着路基边坡坡度的增加，路基边坡的稳定系数也随之降低，降低的幅度随时间而减缓。在高温-高含冰量冻土区路基采用1∶1.75边坡坡度，其稳定性最好，当采用1∶1.25时，路基边坡稳定性最差。
　　(5)对于通风管路基，两种断面的边坡稳定性具有相似的规律，都是随着融化时间的增加，边坡稳定系数也随之减小;随着边坡坡度的增加，其边坡稳定系数也随之减小。
　　(6)通过对通风管路基两种不同断面的边坡稳定分析;发现两种不同的破坏形式，即坡脚破坏和坡肩破坏。坡脚发生破坏的机理为:高温-高含冰量冻土强度较低，不足以承受上部传递的荷载，且高温-高含冰量冻土具有较强的变形能力和较低抗剪强度，因此在坡脚处发生破坏，直至滑动面贯穿整个路基。在坡脚处的土体受到推挤形成隆起。坡肩发生破坏是由于:经历冻融循环的土体强度减小，冻融交界面的镜面作用和融化区水分的影响，在荷载的作用下边坡发生破坏。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的目的意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 高温-高含冰量冻土研究现状

1．2．2 冻土区边坡稳定研究状况

1．3 主要研究内容及技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 高温-高含冰量冻土通风管路基非稳态温度场分析

2．1 高温-高含冰量冻土通风管路基温度场的控制方程

2．2 高温-高含冰量冻土通风管路基温度场的计算与分析

2．2．1 物理参数及边界条件

2．2．2 计算工况分析

2．2．3 计算流程

2．2．4 模拟结果分析

2．3 本章小结

第三章 渗流对高温-高含冰量冻土路基温度场的影响分析

3．1 渗流控制方程

3．1．1 渗流连续性方程

3．1．2 冻土中的渗流连续方程

3．2 水热耦合微分方程

3．3 冻土温度场对渗流的影响机理

3．4 水热耦合的计算与分析

3．4．1 水热耦合计算模型

3．4．2 水热耦合参数的选取及边界条件

3．4．3 计算工况分析

3．4．4 计算结果分析

3．5 本章小结

第四章 高温-高含冰量冻土路基稳定性分析

4．1 高温-高含冰量冻土路基材料的强度特性

4．2 高温-高含冰量冻土路基稳定性分析

4．2．1 模型建立及参数选取

4．2．2 技术流程

4．2．3 计算结果分析

4．3 本章小结

第五章 结论及建议

5．1 主要研究结论

5．2 研究建议

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文