多年冻土地区路基热稳定性分析和路面结构响应研究

摘要

冻土因为其组成复杂，同时，随着四季气温的变化其体内存在着反复冻融的剧烈相变过程，故其具有十分复杂的热物理特性、力学特性及工程特性。这也得多年冻土地区的冻土工程建设是世界性的难题。在冻土工程初期，由于对冻土的研究严重不足，导致冻土工程修建完成后因病害严重、无法正常使用。经过人类一个多世纪以来对冻土的研究，已取得一定的成效。
　　本文通过对多年冻土地区公路修筑以及维修养护中的主要病害进行分析，对冻土的物理力学特性进行研究和探讨，其主要内容、研究办法以及结论展望如下：
　　(1)首先指出冻土与非冻土的物理力学性质的区别与联系，分析多年冻土地区公路路基路面病害的类型、成因及其探讨其未来的发展趋势。
　　(2)采用ANSYS/Thermal模块对路基的温度场进行模拟分析，通过分析冻融循环周期内路基软弱结构的持续时间、影响范围大小以及位置的变化，对路基在冻融循环周期内的热稳定性进行分析。通过分析路堤高度对路基温度场分布的影响，讨论了增加路堤高度对冻土地区公路路基热稳定性的影响，对公路设计中合理确定路堤高度具有一定的指导意义和参考价值。
　　(3)根据温度场计算结果，设计了路基冻胀与融沉模型，通过在路基内施加按一定规律分布的变形荷载，模拟路基的冻胀和融沉，对路基的冻胀和融沉对于路基面层的影响进行了分析。
　　(4)选取三种多年冻土地区的典型路面结构在不同的冻胀和融沉条件下的应力和位移进行对比，分析了不同路面结构对冻胀和融沉变形的响应，对于在多年冻土地区公路路面设计具有一定的参考价值。