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原文传递多年冻土区阴阳坡路面纵向裂缝的机理与防治

论文题名：	多年冻土区阴阳坡路面纵向裂缝的机理与防治
关键词：	冻土路基;纵向裂缝;形成机理;阻热面层;防治对策
摘要：	本文主要依托青藏公路及其观测资料研究了阴阳坡条件下冻土路基非对称融沉引起路面纵向裂缝的机理，结合室内结构与材料试验提出了路基路面结构与材料方面的防治对策。论文主要工作包括以下几个方面：　　首先，为分析融沉对路面结构应力应变等力学指标的影响，采用松铺土和埋置工业冰块两种路基融沉模拟试验方案，铺筑了半刚性和柔性基层两种沥青路面结构的室内试槽，并埋设力学传感器进行检测。研究结果表明松铺砂性土融沉模拟方案和工业冰块融沉模拟方案基层层底比正常测点承受了更多的拉应变。融沉对柔性基层沥青路面结构层底应变的非线性特征影响较大，融沉条件下路面结构基层层底应变的非线性特征比正常条件下更加显著，幂函数可以很好地描述其非线性变化规律。当半刚性基层路面结构中存在融沉时，水泥稳定碎石层底拉应变约增大40％，表明路基融沉变形对半刚性路面的力学性能具有非常不利的影响。根据以上研究结果，路基融沉变形对路面纵向裂缝的形成具有很大的力学影响。　　其次，结合青藏公路路面纵向裂缝典型断面的观测资料，应用多场耦合数值分析方法研究了阴阳坡路面纵向开裂的机理。对于融化盘厚度差相对较小的情况(路基变形为主)，重点应用力-热-变形耦合方法分析其多场耦合开裂机理；对于融化盘厚度差相对较大的情况，重点应用非局部非对称原理和XFEM程序分析了其开裂和扩展机制，为预防阴阳坡路面纵向裂缝的形成提供基础和依据。　　再次，设计阻热面层材料配合比，按0、4％、6％、8％、10％ZS(生蛭石)掺量成型沥青混凝土试件然后进行热学试验。导热系数的测试结果表明，导热系数随ZS掺量的增加总体呈现指数函数递减变化趋势，掺量为10％的导热系数降幅最大为46.27％，考虑到现场施工压实和经济性等要求，最大ZS掺量应近似为10％。室内材料试验表明，添加ZS材料后，沥青混合料的高温、低温、疲劳、冻融劈裂等主要力学性能指标与添加前相比并未发生显著变化。　　最后，设计“通-阻”耦合型路基路面结构并介绍其工作原理，在此基础上，采用数值分析的方法对“通-阻”耦合型路基路面结构进行了热学效果分析，结果表明研制的阻热路面配合合适厚度的碎石路基使用，夏季可以很好的阻止热量传入冻土层，冬季水平碎石层和倾斜碎石层配合使用可以使热量充分散出，显著降低最大融深和温度场的非对称性，从而大大降低了阴阳坡路面纵向裂缝的发生几率，达到了预防路面纵向开裂的目的。　　阴阳坡路面纵向裂缝机理的正确分析可以提高预防措施的直接针对性和实施效果，路基路面结构与材料对策具有较高的应用参考价值，对今后多年冻土区的道路建设和养护具有重要的理论和实践参考价值。
作者：	钟勇强
专业：	道路与铁道工程
导师：	王声乐;黄晓明
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文