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青藏铁路多年冻土区电气化接触网桩基冻拔特性研究
| 论文题名： | 青藏铁路多年冻土区电气化接触网桩基冻拔特性研究 |
| 关键词： | 多年冻土;水-热-力耦合;接触网桩基;桩土界面;抗拔稳定性 |
| 摘要： | 作为我国西部大开发标志性工程之一，青藏铁路安全运营十四年来，极大地促进了西藏地区经济建设发展。为进一步提高其运输能力和效益，青藏铁路电气化改造工程刻不容缓。青藏铁路沿线穿越多年冻土地区，受大气温度周期性变化及复杂工程地质条件的影响，铁路接触网桩基常出现冻拔、倾覆等工程病害，严重影响青藏铁路的安全运行。为研究青藏铁路多年冻土区电气化接触网桩基的冻拔特性，以青藏铁路格尔木-拉萨段电气化改造工程为依托，建立水-热-力三场耦合方程，在考虑大气升温条件下，利用有限元软件中的系数型偏微分方程（PDE）模块及固体力学模块，对直杆桩、直锥桩、曲面桩三种不同桩型接触网桩基三维有限元模型的温度场、水分场、应力-应变场进行数值计算分析，研究接触网桩型改变时桩体冻拔量的变化规律，论文开展了以下研究工作： （1）气候条件的周期性变化对地面以下3m深度范围内的土体温度产生明显的影响，使其呈现出正负交替的变化形式。同时，土体温度相对于大气温度具有滞后性，7月时地表温度达到最高，9月时土体融深达到最大。受大气温度升高的影响，桩土界面处和多年冻土层中土体温度均显著提高，土体的活动层厚度增大，多年冻土发生退化。 （2）受气温升高的影响，土体的未冻水含量及含冰量发生改变。随着时间的推移，土体中含冰量减少，未冻水含量及赋存深度增加。融化期结束后，桩侧土体中未冻水含量增加，含冰量减少，冻结期结束后，桩侧土体中含冰量增加，未冻水含量减少。路基边坡处土体在基质吸力和未冻水迁移的影响下，含冰量呈现出增大的变化趋势。 （3）随着大气温度的升高，桩基础与土体的冻胀位移减小，融沉位移增大。受桩体约束作用的影响，在2~3倍桩径范围内，土体发生约束冻胀融沉，随着与桩体距离的增加，桩基础对土体的约束作用逐渐减弱，直至距离增加到3m时，约束作用消失，土体发生自由冻胀融沉。受路基边坡的影响，冻结期结束后，桩基础向路基边坡侧产生水平方向位移，随着时间的增长及大气温度的升高，桩体的水平偏移量逐渐减小。 （4）三种桩型冻结期桩侧切向冻胀力的大小及作用范围随冻结深度的增加逐渐增大，峰值位置下移。桩体截面发生变化后，桩侧所受切向冻胀力和法向冻胀力产生竖向分解，大小发生变化，曲面桩桩侧的切向冻胀力最小，且30年累计冻拔量最小，表明曲面桩可有效提高桩基础的抗拔特性，减少多年冻土区接触网桩基础冻拔病害的发生。 |
| 作者： | 陈伟南 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 王旭;何菲 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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