【博士】多年凍土區(qū)水泥混凝土路面材料性能及結(jié)構(gòu)對(duì)策研究【2008】

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　　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： 2008年　　多年凍土地區(qū)道路修筑一直被視為世界性的難題，對(duì)于多年凍土區(qū)的水泥混凝土路面而言，路面材料和結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性成為制約其在多年凍土區(qū)應(yīng)用的主要問題。本文在多年凍土區(qū)水泥混凝土路面調(diào)查的基礎(chǔ)上就上述問題進(jìn)行了深入的研究和探索?！　∈紫韧ㄟ^模擬試驗(yàn)，研究了野外實(shí)際溫度條件下水泥混凝土抗彎拉強(qiáng)度的發(fā)展規(guī)律及提高混凝土早期強(qiáng)度的主要措施。對(duì)引氣混凝土的各項(xiàng)耐久性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，綜合各試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)了引氣混凝土在高原多年凍土區(qū)應(yīng)用的大致含氣量范圍?！　《嗄陜鐾羺^(qū)水泥混凝土路面下的溫度場(chǎng)是研究多年凍土區(qū)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性問題的基礎(chǔ)。本文首先現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)了水泥混凝土路面及瀝青路面的太陽輻射反射系數(shù)，并結(jié)合凍土的穩(wěn)定性分析太陽輻射對(duì)不同路面類型凍土穩(wěn)定性的影響。應(yīng)用太陽輻射數(shù)據(jù)及大氣溫度數(shù)據(jù)對(duì)路面溫度進(jìn)行反演，反演結(jié)果可以作為溫度場(chǎng)分析時(shí)路表溫度邊界條件的推算方法。選取三種不同凍土斷面類型，并以溫度觀測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立了水泥混凝土路面下溫度場(chǎng)有限元分析模型，計(jì)算了不同凍土斷面類型、不同路面類型、不同路堤高度的溫度場(chǎng)，分析了氣候逐年變暖對(duì)路面下溫度場(chǎng)的影響?！　「鶕?jù)計(jì)算結(jié)果推導(dǎo)了不同凍土斷面類型時(shí)水泥混凝土的路堤臨界高度?！　《嗄陜鐾羺^(qū)水泥混凝土路面下的變形是決定水泥混凝土路面是否適應(yīng)的主要因素，本文首先分析了多年凍土路基的變形組成及計(jì)算方法，然后在多年凍土區(qū)水泥混凝土路面下溫度場(chǎng)有限元計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，計(jì)算了不同凍土斷面類型、不同路堤高度的水泥混凝土路面下的路基變形，并研究其隨運(yùn)營時(shí)間的變化規(guī)律，找出了各自的最大不均勻融沉變形值及總變形值?！　∈状翁岢隽瞬捎盟槭瘜泳彌_多年凍土區(qū)不均勻融沉變形的思路，設(shè)計(jì)了模擬試驗(yàn)方法，并運(yùn)用自行設(shè)計(jì)的碎石層模擬差異沉降試驗(yàn)箱及二次松散系數(shù)測(cè)試箱進(jìn)行試驗(yàn)。分析了碎石層緩沖差異沉降能力的機(jī)理，找出了影響碎石層緩沖差異沉降能力的主要因素。從力學(xué)角度對(duì)碎石層緩沖差異沉降能力進(jìn)行了計(jì)算，證實(shí)了碎石層不但可從變形上消除差異沉降，而且可以減小路面結(jié)構(gòu)在差異沉降發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的附加應(yīng)力。首次設(shè)計(jì)了多年凍土區(qū)碎石層發(fā)揮變形緩沖能力的厚度曲線，應(yīng)用該曲線，可以根據(jù)不同凍土類型及路堤高度確定適宜的碎石層厚度。首次提出在多年凍土區(qū)綜合利用碎石層變形調(diào)節(jié)能力及主動(dòng)降溫能力的方案。在碎石層的組成設(shè)計(jì)中綜合考慮兩種有益功能進(jìn)行設(shè)計(jì)?！　∮?jì)算了按照不同凍土地區(qū)、不同路堤高度、不同碎石粒徑確定的發(fā)揮碎石層兩種功能的推薦厚度表?！　楸M量提高水泥混凝土路面整體結(jié)構(gòu)層對(duì)不均勻融沉變形的抵抗能力或適應(yīng)能力，首先提出在不穩(wěn)定凍土段對(duì)混凝土路面配筋的原則，并根據(jù)不均勻融沉段的受力特點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算，推導(dǎo)了抵抗融沉變形的配筋計(jì)算方法。然后提出減小水泥混凝土板塊尺寸以適應(yīng)下部較大的融沉變形的方案，研究了板體尺寸、板體厚度與基層模量、撓度、應(yīng)力的關(guān)系。分析了水泥混凝土預(yù)制塊路面在多年凍土區(qū)應(yīng)用的主要優(yōu)勢(shì)及注意事項(xiàng)。最后總結(jié)了多年凍土區(qū)水泥混凝土路面的選用原則。　　本文的研究成果可為多年凍土區(qū)水泥混凝土路面的設(shè)計(jì)、施工、與監(jiān)測(cè)提供參考價(jià)值?！　?

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