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冻融循环作用下毛细排水板路基冻胀特性试验研究
| 论文题名： | 冻融循环作用下毛细排水板路基冻胀特性试验研究 |
| 关键词： | 新都桥地区;季节性冻土;毛细排水板;模型试验;数值模拟 |
| 摘要： | 反复冻融循环导致季节性冻土地区路基出现冻胀、融沉等冻融病害，对道路建设和安全运营造成危害。季节性冻土地区路基冻胀、融沉病害是温度与水分迁移共同作用的结果。在季节性冻土地区，每年10月到次年2月，大气中冷能进入路基形成冻结锋面，路基内部水分在基质吸力与孔隙水压力作用下向冻结锋面位置迁移，发生冰水相变，形成较多孔隙冰，体积增大，挤压周围土体，导致路基产生冻胀破坏。待冻结期结束后，路基中孔隙冰开始融化（主要集中在2-6月），产生较多层间水，层间水在重力势能作用下转换为动能致使路基中孔隙结构变大、变多，路基土体结构松散，产生融沉现象。目前针对季节性冻土地区冻融病害防治方法主要集中在温度控制的相关研究，例如电阻丝路基、通风管路基、热棒路基、块石护坡路基等，较少涉及到水分迁移的研究。 本文从控制路基中水分迁移的思路出发，以川西高原为研究区，利用室内模型试验、理论分析及数值模拟等方法对冻融循环作用下毛细排水板在减弱水分向冻结锋面位置迁移、降低孔隙冰产生，控制季节性冻土地区路基冻胀病害的效果进行研究。研究结果可为季节性冻土地区路基冻害防治研究与设计提供试验及理论参考。 主要工作与结论有： （1）通过室内模型试验，从体积含水率、温度、位移控制等方面分析了冻融循环作用下毛细排水板路基的冻胀特性。结果表明毛细排水板可降低路基内部水分含量、减弱地下水向路基内部迁移、减弱路基顶部冻胀融沉量、减缓路基温度下降趋势与时间、减缓路基冻结深度增长速率。 （2）基于理查德方程、伯努利方程及虹吸排水方程等对毛细排水板吸排水模型进行推导及验证，定义了在一定压力梯度下的吸排水模型，解释了毛细排水板在路基冻融循环过程中的工作机理。 （3）建立水热力三场耦合模型，并对有限元软件中系数形式偏微分方程（PDE）模块进行二次开发，利用PDE与固体力学模块进行水分场、温度场、应力场数值模拟，将模拟结果与室内试验进行对比分析，利用有限元数值模拟方法对毛细排水板路基的长期服役性能进行预测。 |
| 作者： | 董洋君 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 李晓宁;王唤龙 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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