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【博士】多年凍土路基融沉機(jī)理及路面結(jié)構(gòu)對(duì)策研究【2005】
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內(nèi)容簡介
學(xué)科專業(yè):道路與鐵道工程 授予學(xué)位:博士 學(xué)位授予單位:東南大學(xué) 學(xué)位年度: 2005年 隨著多年凍土地區(qū)公路建設(shè)的發(fā)展,破壞了凍土的熱平衡狀態(tài),使得路基路面修筑過程中出現(xiàn)的工程問題及使用期的早期破壞現(xiàn)象越發(fā)明顯,這些問題的形成與發(fā)展促使對(duì)多年凍土地區(qū)路基融沉機(jī)理、路基融沉預(yù)測、路面結(jié)構(gòu)分析和路基路面病害對(duì)策等方面進(jìn)行研究。本文在對(duì)多年凍土地區(qū)路基路面典犁破壞調(diào)查的基礎(chǔ)上,就上述問題進(jìn)行深入研究和探索?! ≡诙嗄陜鐾恋貐^(qū),由于全球氣候變暖和道路結(jié)構(gòu)物的影響,使原有路基熱平衡狀態(tài)被破壞,為全面研究路基融沉失穩(wěn)過程,本文根據(jù)混合物基本理論,將凍土看作由土顆粒、冰和流體(未凍水和氣體)組成的多孔介質(zhì),在基本假設(shè)條件下,根據(jù)確定性公理、局部作用公理和等存性公理,結(jié)合質(zhì)量守恒定律、動(dòng)最守恒定律、能量守恒定律、熵不等式和體積份數(shù)條件推導(dǎo)了凍土融沉過程的混合物理論,為凍土融沉機(jī)理分析提供了理論基礎(chǔ)?! 《嗄陜鐾谅坊诔潦Х€(wěn)過程與環(huán)境要素、路基路面結(jié)構(gòu)及材料熱力學(xué)參數(shù)等有關(guān),本文通過進(jìn)行土體室內(nèi)凍融試驗(yàn),測試了土體在整個(gè)凍融過程的溫度場分布和土體變形曲線。然后,選擇和試驗(yàn)土樣幾何尺寸、土體熱物性參數(shù)、邊界條件相同的計(jì)算模型進(jìn)行溫度場數(shù)值模擬,計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果吻合?! 鐾寥诔潦怯捎趦鐾羶?nèi)部熱積累,降低了凍土的力學(xué)性能,導(dǎo)致土體融沉變形,本文應(yīng)用有限元方法進(jìn)行凍土融沉數(shù)值模擬,采用和溫度場計(jì)算相同的模型,將溫度場計(jì)算結(jié)果作為場變量,輸入到模型位移計(jì)算中,模型材料的物理、力學(xué)參數(shù)定義為溫度場的函數(shù),利用土體固結(jié)理論進(jìn)行模型位移的數(shù)值計(jì)算,比較試驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果,驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算力法的可行可信?! ∫郧嗖毓仿坊鶎?shí)測變形資料為依據(jù),研究凍土路基變形的內(nèi)在規(guī)律。利用相空問重構(gòu)理論,將實(shí)測時(shí)間序列構(gòu)造為多維空間,在構(gòu)造的多維空間中,定義自變量、因變量和樣本數(shù),采用偏最小二乘回歸方法進(jìn)行數(shù)據(jù)回歸擬合,用特定指標(biāo)判斷擬合精度,考察擬合結(jié)果,建立了多年凍土地區(qū)路基變形預(yù)測模型?! ∮捎谔厥獾牡乩砑皻夂驐l件,多年凍土地區(qū)瀝青路面病害較內(nèi)地更為嚴(yán)重和復(fù)雜,這些病害是路基不均勻沉降及在凍融條件下路面材料物理、力學(xué)性能降低的外部表現(xiàn),本文應(yīng)用ABAQUS軟件對(duì)不同融沉深度下路面變形及應(yīng)力進(jìn)行有限元數(shù)值模擬,通過分析凍土路基融沉條件下的路面結(jié)構(gòu)響應(yīng),提出了適合于多年凍土地區(qū)的路面結(jié)構(gòu)型式。針對(duì)現(xiàn)場調(diào)查的路基路面病害特征,提出了病害防治對(duì)策?! ?
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