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考虑土中水分迁移的路堑边坡冻融失稳数值分析
| 论文题名： | 考虑土中水分迁移的路堑边坡冻融失稳数值分析 |
| 关键词： | 道路工程;土质边坡;冻融循环;稳定性分析 |
| 摘要： | 在季节冻土区，经常在开春的融化季节发生路堑土质边坡的浅层失稳滑塌，轻者造成修复的工程量、经费投入增加，重者造成对正常通行的影响。这种冻融失稳与冻融过程中的水分迁移有密切的关系。为了深入分析路堑土质边坡冻融失稳过程中水分迁移的影响，本文结合作者导师课题组最近发展的冻融过程中水分迁移模型，估计在秋天、冬天、春天的含水量分布、浅部土层抗剪强度参数的变化，借助大型软件ABAQUS分析了一个10米高，初始含水量30％的土坡内力、变形和塑形应变的分布。在几种边坡稳定性计算方法、岩土材料中土的各种屈服准则的归纳基础上，系统阐述了水分迁移的研究进展和本文引用的水分迁移模型，有限单元的基本原理和计算基本步骤。 本研究据当地的地表气温统计资料，以10月10日为冻结开始的日期，3月10日为融化开始的日期，即冻结后150天。根据地区经验数据，最大冻结深度为1.6米，对照冻融试验中获取的不同深度的温度随时间的变化曲线，本文建立了冻结深度随时间的变化关系、温度梯度与距冻结锋面距离的关系、融化土层底面随时间的关系、温度梯度与据冻融界面距离的关系。用修正的Fick定律来描述冻结过程中的水分向上迁移，增加了温度梯度的影响项，按每10天为一个步距，计算冻结后含水量的变化。融化中水分向下渗流用修正的非饱和土达西定律描述，也增加了温度梯度的影响项，亦按每10天为一个步距，计算融化后含水量的变化。结果显示，在冻融界面上的土层中含水量可以增加20%。显然，含水量的变化会导致相应土层抗剪强度的变化。本文根据收集到的有限数据，建立了含水量与抗剪强度参数内聚力和内摩擦角的关系。据此，按含水量的变化一步步修改了土层抗剪强度的参数。借助ABAQUS软件，采用M-C模型考虑土的弹塑性，计算了秋天（开始冻结时）、冬天（冻结达到1.6米）和春天（融化达到0.8米）三个时刻的边坡内力、变形。结果显示了由于含水量的变化引起的最大塑性应变的变化。 |
| 作者： | 徐昊 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 陶夏新 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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