季节冻土区水热力耦合数值分析及路基冻胀监测试验

摘要

作为世界上三大冻土国家之一，我国拥有大面积的冻土区域，占陆地国土面积三分之二以上。按照土体冻结时间持续的长短，又将冻土分为多年冻土和季节性冻土。目前，对于多年冻土的研究已经有了长足的进步，但对季节性冻土的研究相对较少。随着东北地区经济的快速发展，对包括铁路和公路在内的基础设施建设提出了更高的要求。但是，季节性冻土区的路基冻胀融沉问题，一直是困扰施工人员和科研工作者的难题。季节性冻土区冻土路基在温度变化的情况下，受力状态非常复杂，影响因素众多，其中，水-热-力三场耦合作用是最主要的影响因素。建立可靠的水-热-力三场耦合模型，研究其对冻土路基稳定性的影响，是解决冻土路基冻害的重要方法之一。
　　本文取得主要研究成果如下：
　　1、在季节性冻土区，选取了一个典型的冻胀场地，进行了一个冻胀循环期的野外现场监测，获得了详实的路基冻胀实测资料。
　　2、通过查阅大量当地的水文、地质资料获得了监测区土体随温度变化的物理、力学及热力学参数资料。
　　3、利用 COMSOL软件对太沙基渗流固结模型进行模拟。验证软件在模拟多场耦合方面的可靠性。
　　4、通过对 COMSOL多场耦合软件的二次开发，进行冻土路基多场耦合数值模拟，计算出路基冻胀结果。
　　5、对野外冻胀观测数据与数值模拟计算结果进行了对比分析，验证数值模拟的可靠性，并对路基的冻胀破坏进行预测。

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第一章 绪 论

1.1 选题背景

1.2 研究目的及意义

1.3 研究现状

1.4本文研究内容和工作安排

第二章 冻土路基多场耦合基本理论

2.1温度场扩散方程

2.2 冻土路基的应力场及变形场的控制方程

2.3 冻土路基的水分场

2.4 本章小结

第三章 COMSOL软件介绍及多场耦合模型计算

3.1 数值仿真模拟软件介绍

3.2 COMSOL Multiphysics软件在岩土工程的应用

3.3 本章小结

第四章 冻土路基试验及试验数据

4.1 道路路基冻胀监测

4.2 场地地址条件

4.3 冻胀观测

4.4 观测数据及统计

4.5 观测结果分析

4.6 本章小结

第五章 冻土路基数值模拟

5.1 概述

5.2 数值模拟步骤：

5.3 数值计算模拟

5.4 冻胀预测

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 内容总结

6.2 今后研究工作及展望

参考文献

致谢

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