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冻融循环作用下非饱和路基土水分迁移规律研究
| 论文题名： | 冻融循环作用下非饱和路基土水分迁移规律研究 |
| 关键词： | 冻融循环;水分迁移;水-热耦合模型;非饱和路基;融沉病害 |
| 摘要： | 我国季节冻土面积覆盖广泛，周期性的冻结与融化作用是诱发路基水分迁移的主要因素。水分的重分布将直接改变路基土的非饱和状态，从而降低路基的强度，严重时会形成路基冻胀与融沉病害，影响着道路的使用性能以及使用寿命，是国内外学者关注的热门工程问题。本论文以东北季节冻土区常见的粉质黏土为研究对象，着重考虑冻融循环作用，采用室内模型试验、理论与数值分析相结合的技术手段，研制了非饱和路基土冻融循环模型试验系统，进行了冻融循环作用下粉质黏土水分迁移试验，建立了非饱和路基土的水-热耦合数值模型，并分析了冻融循环作用下非饱和路基土的水分迁移规律，这对于完善寒区路基设计体系和提高路基服役期限具有重要的理论意义和实用价值。论文的主要研究内容和成果如下： 研发了非饱和路基土冻融循环模型试验系统。为了模拟季节冻土区路基的冻结与融化过程，综合考虑温度、湿度和荷载边界，设计了试验仓、控温装置、补水装置、上覆荷载装置、温度采集装置、湿度采集装置、保温装置，实现了实时采集记录模型体内部温度和体积含水量的分布情况。同时，通过多次试验尝试，提出了非饱和路基模型体的试验方法。 进行了非饱和粉质黏土重复冻结与融化的模型试验。在确保系统可靠稳定的基础上，分别进行了不补水和补水两种条件下的水分迁移模型试验，用于模拟不同地下水位情况下路基非饱和土的水分迁移情况。分析了模型体在冻结、融化阶段含水量、温度随着时间的变化规律，对比了在温度影响区域内水分随着温度的变化情况，以及在非温度影响区域中水分的迁移作用。 建立了非饱和路基土的水-热耦合数值模型，并分析了冻融循环作用下的水分迁移规律。根据微分单元的质量、热量守恒理论，提出了本试验条件下的水-热耦合方程，并以模型试验得出了未冻水与温度关系式作为补充方程，采用COMSOL中系数型偏微分方程模块，实现了该耦合模型的数值求解，并基于模型试验数据验证了该模型的可靠性；进而，分析了补水条件、冻结温度和降温梯度对路基水分迁移规律的影响。 |
| 作者： | 周志 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 冯德成 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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