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原文传递路基冻胀融沉过程的水热力多场耦合数值模拟与缺陷检测方法研究

论文题名：	路基冻胀融沉过程的水热力多场耦合数值模拟与缺陷检测方法研究
关键词：	公路工程;低填方路基;冻胀融沉过程;温度场;水分场;位移场;缺陷检测
摘要：	我国季节性及多年冻土地区物产丰富，建设对物流运输有利的交通基础设施将促进社会经济发展。“碳中和、碳达峰”建设理念指导下，减少交通设施建设能源消耗这种“自上而下”手段是减少二氧化碳排放的重要策略。低填方路基具有明显节能减排效果而得到更多关注，受条件限制，路基填筑及地基换填材料难以全部采用非冻胀敏感性材料，受气候交替变化影响，路基不可避免发生冻胀融沉循环变形，只从单一场分析角度难以对此过程的特征状态发展规律进行深入、定量、全面的解释。　　本文以长松高速农安段辅路低填方路段为研究对象，综合考虑太阳辐射、气温、对流交换、路面有效辐射、蒸发、降水等周期性变化环境因素，通过编写子程序，将伴有相变作用下的非稳态水热力三场耦合控制方程应用于数值模拟流程，探究了路基冻胀融沉过程中温度场、水分场、位移场的特征状态随时间、空间变化规律。在此部分，给出了坡脚积水形成软弱夹层缺陷的机理解释，认为春融末期，阴阳坡效应导致阴坡温度变化存在滞后性，未融化聚冰带阻碍渗水导致，另外，直观、动态、量化地分析了坡脚附近冻土中未冻含水率与含冰率随时间变化的相互转化关系。进一步地，着重分析了填土高度和交通量对路基变形的影响，认为两者对冻胀变形影响均不显著，其中，填土高度显著影响融化沉降速度、沉降量及车辆循环荷载作用下的变形幅度范围，交通量显著影响路基的不可恢复累积塑性变形量。　　针对含不同特征状态软弱夹层缺陷路基沉降变形进行了研究，并对由此引发路基不同位置纵向开裂风险的可能性进行探讨，认为缺陷侵入路基位置在条形行车加载范围边界之外时，路基表面易产生两条纵向裂缝，但沉降变形并不显著；当侵入到范围之内时，对沉降变形影响大，但路基纵向开裂风险相对低。另外，缺陷深度显著影响路基表面沉降极值和横向滑移变形，越深，路基纵向开裂风险越大。总体来说，含夹层缺陷路基的最显著的特点是，春融期结束后，在行车荷载作用下的沉降期持续时间更长，沉降量也较高。　　针对路基冻胀融沉过程造成的道路结构层间缺陷病害，引入一种冲击回波结合相位分析的无损综合检测方法，并将其应用于四种典型不同层位缺陷工况的检测对比分析中，把传统冲击回波分析方法从频域频率分析扩展到频域相位分析，将冲击应力波在道路结构中扩散行程上的差异与相位信号之间建立联系。频域分析中的频率与相位其实是反映了同一缺陷的两个方面特征，相位信号能放大缺陷深度差异信息，尤其对于土基材料层间缺陷，单独采用频率幅度分析推算缺陷深度可靠性低，同时进行频率幅度与频率相位分析，能够提高检测的准确性。
作者：	滕国粹
专业：	土木工程
导师：	郑传峰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022