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季节冻土区高速铁路路基冻胀机理及规律研究
| 论文题名： | 季节冻土区高速铁路路基冻胀机理及规律研究 |
| 关键词： | 高速铁路;季节冻土区;路基冻胀;水分迁移;水热力耦合 |
| 摘要： | 近年来我国高速铁路建设发展迅猛，2014年建成通车的兰新高铁连接兰州与新疆，是世界上一次性建成通车最长的高速铁路线路，同时也是亚欧铁路的重要组成部分。兰新高铁的通车运营，形成辐射范围更广的西部铁路运输网路，极大便利西北地区人口的出行，带动西部经济发展。虽然我国高速铁路建设技术已经非常成熟，但是在运营过程中，还存在着一定的技术难题，特别是在青藏高原的冻土区域，环境恶劣，地理条件复杂，因此仍需结合路基冻胀的实际情况展开进一步的研究。 本文以兰新高铁门源至浩门段冻胀非常严重的高填土路堤段为研究对象，通过现场调研、理论分析、试验研究及数值模拟等方式和手段，对线路冻胀特性及其规律进行研究。内容包括为期两年的冻胀观测，路基填料的冻胀特性试验，以及路基温度场、渗流场和变形场的研究。主要研究内容如下： （1）结合门源地区的气候环境条件，分析兰新高铁路基冻胀机理以及影响冻胀发展的因素。对门源至浩门段（K1934+969~K1935+969）路基冬期冻胀变形进行长期的观测，总结分析路基冻胀变形随着温度的变化规律。 （2）在兰新高铁冻胀较严重的门源至浩门段选取有代表性路基段的路基填料进行常规土工试验，运用筛分法测定路基土的不均匀系数及曲率系数，判定该土体级配；运用烘干法测定路基土的含水率；采用击实试验测定其最优含水率和最大干密度。 （3）结合路基土土工试验结果进行相应的冻胀试验，首先是研究温度梯度作用下路基填料试件内部温度场的变化，以及冻结过程中试样冻胀量的变化情况；其次是分析不同含水率土柱试样冻结完成后的水分迁移情况；最后分析压实度为90%时不同含水率试件经多次冻融循环后，冻胀变形随试件冻结次数的变化规律。 （4）首先从理论的角度进行了冻土温度场、渗流场和应变场的耦合方式的分析，然后运用有限元分析软件comsol对冻土路基水-热-力进行三场耦合数值模拟，分析了冻结过程中路基结构温度场随时间推移的变化规律，路基内水分迁移随冻结程度的加深而变化的规律，以及冻结过程中冻胀量的变化规律。 （5）分析总结了目前使用较多的冻胀处理措施及效果，并结合本研究的沉降观测、冻胀试验以及数值模拟分析的研究成果，研究开发了路基边坡防水、路基排水排湿以及路基加热保温的的新措施，有效地提高了路基的冻胀防治效果。 |
| 作者： | 杨昊 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 唐先习;陈向军 |
| 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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