多年冻土区青藏公路楚玛尔河段路基沉降变形研究

摘要

因全球气候变暖及黑色沥青路面的聚热效应，青藏公路多年冻土区路基的沉降变形将会进一步加剧，且在路基左右两侧的阴阳坡效应影响下，路基的沉降变形也会表现出不均匀性，其对车辆行驶的舒适性和安全性将产生重大影响。
　　本文以青藏公路楚玛尔河监测断面为研究对象，通过室内试验研究、现场监测数据分析及有限元数值模拟相结合，研究了青藏公路粘土在冻、融条件下的力学特性及路基沉降变性规律。得出的主要结论如下:
　　(1)常温条件下，粘土的含水量低于13％时，其应力-应变曲线表现为应变软化状态，呈脆性破坏;而当含水量高于13％时，其应力-应变曲线表现为应变硬化，呈塑性破坏;含水量由9％增加到17％，粘土的粘聚力和内摩擦角呈减小趋势，而其弹性模量表现为先减小而后逐渐趋于稳定的趋势。
　　(2)含水量为13％，经12次冻融循环后，粘土的应力-应变曲线表现为应变硬化状态，呈塑性破坏;随着冻融循环次数的增加，粘聚力、内摩擦角和弹性模量表现为先减小后增大的趋势，经7～8次冻融循环后，其达到最小值。
　　(3)含水量为13％，冻结温度为-1℃、-2℃，粘土的应力-应变曲线表现为应变软化状态，冻结温度为-3℃、-4℃，其应力-应变曲线表现为应变硬化状态;随着冻结温度的降低，粘土的粘聚力和内摩擦角表现为先增大而后逐渐趋于稳定的趋势，而其弹性模量呈增加的趋势。
　　(4)冻结温度为-3℃，含水量由14％增加到18％，粘土的粘聚力、内摩擦角和弹性模量表现为减小的趋势。
　　(5)楚玛尔河现场温度场及变形监测结果分析表明，路基的稳定性主要受沉降变形影响;左侧路基面变形主要由季节活动层在经冻融循环作用下引起，而右侧路基面的变形主要因高温冻土层的蠕变引起;热棒对高温冻土的变形控制有明显的积极作用。
　　(6)路基的热-力耦合数值计算结果分析表明，路基中心、路肩及坡脚在20年后沉降量分别为123mm、101mm和54mm。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 研究现状

1．2．1 多年冻土工程研究现状

1．2．2 冻土的静力学特性研究现状

1．2．3 冻土路基沉降变形研究现状

1．3 论文的研究内容及技术路线

1．3．1 论文的研究目的

1．3．2 论文的主要研究内容

1．3．3 本文的技术路线

2 常温条件青藏公路粘土的静力学特性研究

2．1 三轴试验仪器与试验原理介绍

2．1．1 常规静三轴试验仪器介绍

2．1．2 静力三轴剪切试验的原理

2．2 试样土料及制样

2．2．1 土料的常规室内试验

2．2．2 制样

2．3 试验操作

2．4 常温条件下青藏公路粘土的静力学特性分析

2．4．1 应力-应变关系分析

2．4．2 抗剪强度分析

2．4．3 弹性模量分析

2．5 本章小结

3 冻融循环条件青藏公路粘土的静力学特性研究

3．1 应力-应变关系分析

3．2 抗剪强度分析

3．3 弹性模量分析

3．4 本章小结

4 冻结条件青藏公路粘土的静力学特性研究

4．1 试验仪器介绍

4．2 试验步骤

4．2．1 试样制备

4．2．2 装样

4．2．3 试验操作

4．3 冻结条件青藏公路粘土静力学特性研究

4．3．1 应力-应变关系

4．3．2 抗剪强度指标分析

4．3．3 弹性模量

4．4 本章小结

5 多年冻土区楚玛尔河段路基沉降变形监测结果分析

5．1 现场监测装置的布设

5．2 温度监测结果分析

5．2．1 左侧路肩温度分析

5．2．2 右侧路肩温度分析

5．3 变形监测结果分析

5．3．1 左侧路肩变形分析

5．3．2 右侧路肩变形分析

5．4 本章小结

6 多年冻土区楚玛尔河段路基沉降变形有限元模拟

6．1 数值模拟软件介绍

6．2 模型建立初始假设

6．3 冻土路基的热、力耦合方程

6．3．1 温度场基本方程

6．3．2 应力和变形的基本方程

6．4 有限元计算模型建立

6．4．1 有限元模型区域的确定

6．4．2 边界条件的确定

6．4．3 计算参数的确定

6．4．4 计算过程控制

6．5 模拟结果分析

6．5．1 温度场分析

6．5．2 位移场分析

6．6 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

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