【博士】多年凍土路基融沉機理及路面結(jié)構(gòu)對策研究【2005】

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內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：道路與鐵道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：東南大學(xué)　　學(xué)位年度： 2005年　　隨著多年凍土地區(qū)公路建設(shè)的發(fā)展，破壞了凍土的熱平衡狀態(tài)，使得路基路面修筑過程中出現(xiàn)的工程問題及使用期的早期破壞現(xiàn)象越發(fā)明顯，這些問題的形成與發(fā)展促使對多年凍土地區(qū)路基融沉機理、路基融沉預(yù)測、路面結(jié)構(gòu)分析和路基路面病害對策等方面進行研究。本文在對多年凍土地區(qū)路基路面典犁破壞調(diào)查的基礎(chǔ)上，就上述問題進行深入研究和探索。　　在多年凍土地區(qū)，由于全球氣候變暖和道路結(jié)構(gòu)物的影響，使原有路基熱平衡狀態(tài)被破壞，為全面研究路基融沉失穩(wěn)過程，本文根據(jù)混合物基本理論，將凍土看作由土顆粒、冰和流體(未凍水和氣體)組成的多孔介質(zhì)，在基本假設(shè)條件下，根據(jù)確定性公理、局部作用公理和等存性公理，結(jié)合質(zhì)量守恒定律、動最守恒定律、能量守恒定律、熵不等式和體積份數(shù)條件推導(dǎo)了凍土融沉過程的混合物理論，為凍土融沉機理分析提供了理論基礎(chǔ)?！　《嗄陜鐾谅坊诔潦Х€(wěn)過程與環(huán)境要素、路基路面結(jié)構(gòu)及材料熱力學(xué)參數(shù)等有關(guān)，本文通過進行土體室內(nèi)凍融試驗，測試了土體在整個凍融過程的溫度場分布和土體變形曲線。然后，選擇和試驗土樣幾何尺寸、土體熱物性參數(shù)、邊界條件相同的計算模型進行溫度場數(shù)值模擬，計算結(jié)果和試驗結(jié)果吻合?！　鐾寥诔潦怯捎趦鐾羶?nèi)部熱積累，降低了凍土的力學(xué)性能，導(dǎo)致土體融沉變形，本文應(yīng)用有限元方法進行凍土融沉數(shù)值模擬，采用和溫度場計算相同的模型，將溫度場計算結(jié)果作為場變量，輸入到模型位移計算中，模型材料的物理、力學(xué)參數(shù)定義為溫度場的函數(shù)，利用土體固結(jié)理論進行模型位移的數(shù)值計算，比較試驗和計算結(jié)果，驗證了數(shù)值計算力法的可行可信。　　以青藏公路路基實測變形資料為依據(jù)，研究凍土路基變形的內(nèi)在規(guī)律。利用相空問重構(gòu)理論，將實測時間序列構(gòu)造為多維空間，在構(gòu)造的多維空間中，定義自變量、因變量和樣本數(shù)，采用偏最小二乘回歸方法進行數(shù)據(jù)回歸擬合，用特定指標判斷擬合精度，考察擬合結(jié)果，建立了多年凍土地區(qū)路基變形預(yù)測模型?！　∮捎谔厥獾牡乩砑皻夂驐l件，多年凍土地區(qū)瀝青路面病害較內(nèi)地更為嚴重和復(fù)雜，這些病害是路基不均勻沉降及在凍融條件下路面材料物理、力學(xué)性能降低的外部表現(xiàn)，本文應(yīng)用ABAQUS軟件對不同融沉深度下路面變形及應(yīng)力進行有限元數(shù)值模擬，通過分析凍土路基融沉條件下的路面結(jié)構(gòu)響應(yīng)，提出了適合于多年凍土地區(qū)的路面結(jié)構(gòu)型式。針對現(xiàn)場調(diào)查的路基路面病害特征，提出了病害防治對策?！　?

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