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多年冻土区路基填土力学性质变化及长期变形研究
| 论文题名： | 多年冻土区路基填土力学性质变化及长期变形研究 |
| 关键词： | 公路工程;路基填土;力学性质;长期变形;冻融循环;多年冻土区 |
| 摘要： | 多年冻土区修筑的路基在一年内至少经历一次冻融循环，随着冻融循环次数的增加，路基填土及活动层中土体内部水分的冻融将改变土体颗粒之间结构连接和排列方式，严重影响土体的力学性质，甚至有可能使路基发生破坏;同时路基的修建打破了多年冻土已有的热平衡，造成了多年冻土温度升高和冻土上限的抬升，影响路基稳定性。本文针对多年冻土区路基填土力学性质的变化和路基长期变形的预测开展研究，主要研究成果包括以下几个方面: (1)通过不固结不排水三轴剪切试验（UU试验），分别考虑冷却温度、冻融循环次数和围压的影响，研究单因素下路基填土试样的应力-应变关系曲线、破坏强度、弹性模量、粘聚力和内摩擦角在多次冻结融化后的变化情况，并分别得到破坏强度和弹性模量与冷却温度、冻融循环次数和围压之间的经验公式。结果表明:冻融循环次数不改变应力-应变曲线的形式;随冻融循环次数增加，破坏强度和弹性模量在围压300kPa或冷却温度-5℃时都呈现先增加后减小最后趋于稳定的趋势。 (2)利用正交试验和显著性分析方法，全面研究冻融循环次数、冷却温度、压实度、含水率和围压及其之间交互作用对土体破坏强度和弹性模量的影响程度。结果表明:围压、含水率、压实度、冻融循环次数对破坏强度和弹性模量影响高度显著;压实度和含水率、冻融循环次数和围压的交互作用对破坏强度影响显著。 (3)通过三向室内冻融试验，研究不同荷载、含水率、冻融循环次数和压实度下土体冻胀融沉性质的变化，分别得到不同条件下的稳定融沉系数和稳定冻胀率并建立预测模型。结果表明:稳定融沉系数和稳定冻胀率与含水率呈线性正相关，与压实度和荷载呈线性负相关。 (4)结合试验段路基实测地温数据，分析路基温度场的分布规律;建立试验段路基水热耦合数值模型，对路基不同位置处15年内多年冻土上限进行预测，并结合稳定融沉系数、稳定冻胀率对试验段路基15年内长期变形进行预测。结果表明:试验段路基中心在第十五年的累积沉降量可达101mm;阴阳坡效应会带来路基的不均匀沉降。 |
| 作者： | 刘晖 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 刘建坤 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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