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季节性冻土公路路基水--热场特性及稳定性研究
| 论文题名： | 季节性冻土公路路基水--热场特性及稳定性研究 |
| 关键词： | 季节性冻土公路;路基;水-热场特性;冻胀融沉;路基边坡稳定性 |
| 摘要： | 我国冻土分布面积广阔，在冻土地区建设的公路和铁路普遍存在冻害现象，为保证路基路面的耐久性、舒适性及行车安全，冻胀融沉等问题亟需解决。随着季节更替，季节性冻土路基的变形稳定破坏是受温度场、水分场、应力场共同作用的结果，其中土体冻胀融沉变形稳定问题的实质是多物理场的耦合问题，其耦合机理涉及到传热传质学、流体力学、弹塑性力学等诸多学科，十分复杂，因此加强对路基温度场、水分场和变形场及路基的稳定性的变化情况的了解，对于改善季节性冻土路基的设计、施工和维护等都具有不可忽视的指导意义。 本文以双辽至嫩江联络线-双辽至洮南段高速公路路基为研究对象，采用有限元软件COMSOLMultiphysics中的二次开发模块来实现用相对饱和度、固液比等简化后的数学模型的计算，从而实现温度场和水分场的全耦合数值模拟，并对土柱在恒温下的经典冻结试验进行了反演，模拟结果与试验结果比较吻合。然后对季节性冻土区路基在四季交替变化下的温度场、水分场、变形场进行数值模拟分析，计算路基随季节变化的冻胀融沉量与最大冻深，为分析季节冻土路基内部规律提供了一定的依据。最后基于有限元强度折减法分析了季节性冻土路基随融化深度、含水量、冻融循环次数、冻结温度、坡度变化下的路基边坡安全系数的变化，分析其对路基边坡稳定性的影响规律。 研究结果表明，在冻结融化过程中，水分会由冻结区向未冻区发生迁移，水分场的稳定会滞后于温度场;气温的变化对季节性冻土路基内部浅层土体含水量变化影响较大，对路基内部深层土体含水量变化影响则较小;在经历多年的冻融循环后，若不考虑路基蒸发、排水等，水分会不断向路基、地基表面积聚，最终会导致路基在天气变冷变暖后的冻胀融沉量不断加大，极易造成路面不均匀变形过大，致使路基发生破坏。强度折减法分析表明，随着路基融化深度的增加，路基边坡的安全系数会不断减小;此外发现当融化深度一定时，随着冻结温度的降低、坡度的增加、冻融循环次数的增加，边坡安全系数会不断减小，边坡的稳定性会降低，但当含水量在8％-10％范围内变化时，边坡安全系数则有所增加;当含水量、坡度、冻结温度一定时，随着融化深度的增加，边坡的安全系数减小，边坡的稳定性降低。 |
| 作者： | 夏治康 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 赵文 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东北大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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