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兰新铁路西段路基冻害特征分析及整治技术研究
| 论文题名： | 兰新铁路西段路基冻害特征分析及整治技术研究 |
| 关键词： | 季节冻土区;高速铁路;冻融循环;冻结深度;温度场 |
| 摘要： | 我国西北部经济建设发展中，高速铁路的建设尤为重要，而西北部地区大多属于季节冻土区，土体经常发生冻胀，路基冻害问题严重，既有线路路基稳定性较差，达不到列车提速要求，严重阻碍高速铁路的发展，为了保证季节冻土区路基的稳定性，研究季节性冻土的冻胀问题以及路基冻害整治技术十分重要。鉴于此，本文结合兰新铁路西段路基改造工程，通过对实体试验段路基冻害的相关监测数据分析，并结合数值模拟方法对路基温度场以及冻害整治问题进行研究，主要研究内容和结果如下： （1）选取路基严重冻害段布设监测点，通过路基内部土体温度和水分相关监测数据，分析在大气温度作用下季节冻土区路基土体冻融循环过程中温度、水分变化规律以及土体温度对大气温度的响应，研究了路基内部土体温度与水分的耦合特征，结果表明冻融循环过程中，各深度路基土体温度变化走向与含水量变化趋势几乎保持一致，但受到土壤热容与水热容的影响，路基土体温度变化峰值总是滞后于含水率峰值。 （2）依据兰新铁路西段气候特征和近3年路基冻结深度情况，探索路基土体冻结深度的发展规律，参考国内外季节冻土区铁路路基冻结深度计算理论，采用函数拟合法，得出冻结指数与冻结深度之间表现为乘幂函数关系，提出了兰新铁路西段冻结深度的估算方法，并发现冻结指数呈现出“由东向西”逐渐增大的变化规律。 （3）基于热传导理论和有限元方法，建立了存有相变的非稳态路基温度场模型，将太阳辐射、路面有效辐射和气温及对流热交换等作为上边界条件，进行数值模拟求解，并与监测数据对比验证，分析了外界气温变化和土壤冻融相变过程对土体热参数变化的影响，研究了冻融循环作用下路基温度场的分布规律。 （4）通过在路基土体温度、水分以及变形等方面对试验段路基冻害整治效果进行评价，提出了路基本体冻害整治宜采用布设横向渗沟和疏干排水孔的整治技术，其中采用逐孔开挖和隔一挖一设置横向渗沟的整治效果最佳，并发现隔一挖一设置渗沟深度为80cm和60cm的整治效果相差较小，应选用深度60cm的横向渗沟。路涵过渡段冻害整治宜采用设置横向渗沟+注浆补强的综合整治技术，其中隔一挖一+注浆补强的整治效果要优于隔三挖一+注浆补强。 |
| 作者： | 魏仲赟 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 宋彧;贾海锋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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