高温-高含冰量冻土力学特性及冻土路基变形研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 郑波 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2007-05-24 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 张建明 |
| 关键词 | 青藏铁路 压缩试验 蠕变模型 现场试验 数值模拟 |
| 其他题名 | Study on Mechanical Properties of Warm and Ice-rich Frozen Soil and Roadbed Deformation in Permafrost Regions |
| 学位专业 | 岩土工程 |
| 中文摘要 | 冻土作为一种特殊的岩土材料，其力学性质很大程度上取决于冻土的温度及含水量。对于高温-高含冰量冻土，温度的微小波动会使其力学性质发生很大的变化。在全球气候变暖和工程活动的双重作用下，多年冻土区路基下冻土温度普遍升高，产生高温-高含冰量冻土层，导致路基产生较大的沉降变形，对路基稳定性产生严重的影响。多年冻土区道路工程的稳定性是一个非常复杂的课题，高温-高含冰量冻土地段路基稳定性是我们目前面临的最大挑战。为了明确高温-高含冰量冻土的压缩（蠕变）变形特性及冻土路基的变形机理，确保冻土区路基稳定性，本文主要采用室内试验、现场试验、数值模拟等手段，围绕高温-高含冰量冻土的压缩（蠕变）变形特性及冻土路基变形机理展开研究，主要包括室内高温-高含冰量冻土压缩（蠕变）试验、冻土粘弹性流变模型识别与参数反演、冻土路基变形实体工程试验、现场冻土承载试验及冻土路基变形数值模拟等，得出以下主要结论： （1）室内青藏粘土冻结温度试验表明，在含水量20%～120%之间，冻结温度随含水量的增加而升高，当含水量为80%时，青藏粘土的冻结温度为-0.1℃，即使含水量为20%，其冻结温度也仅-0.2℃。 （2）高温-高含冰量冻土恒载变温压缩试验表明，在温度较低的-1.5℃、-1.0℃下，冻土的压缩量相对较小，而在温度较高的-0.5℃、-0.3℃下，冻土的压缩量相对较大，在-0.5℃、-0.3℃两级温度荷载下的压缩量占总压缩量的70%以上；当温度相同时，应力越大，冻土的累加应变量越大，对温度越敏感；在0.1 应力下，冻土的累加应变量随含水量的增大而减小，而在0.2 、0.3 应力下，当含水量为80%时，冻土的最终累加应变量最大。 （3）利用最小二乘法对单轴蠕变试验结果反演分析表明，温度为-0.5℃，含水量分别为40%、80%及120%三种冻土粘弹性流变模型的反演参数，在以简单性和精确性为优选指标建立的模糊优选模型中，退化的Burgers模型均为最优模型，即三元件体模型（N-M）。 （4）青藏铁路北麓河路基变形试验段的温度及变形资料分析结果表明，采用增加路堤高度保护冻土的设计方法可以提高冻土上限，保护路基下部多年冻土，确保路基的热稳定性，但冻土路基在温度场调整过程中，引起路基下多年冻土温度升高，产生了一个高温冻土层。即使路基下多年冻土不发生融化，冻土路基仍会产生较大的沉降变形量，其主要来自于天然上限以下多年冻土层的压缩（蠕变）变形。 （5）现场冻土承载试验结果表明，在0.1 应力下，温度和含水量是影响高温-高含冰量冻土变形的主要因素，温度越高，变形量越大，含水量越高，变形量也越大。并且沉降变形具有明显的蠕变性质，与冻土路基沉降变形实体工程观测资料类似，高温-高含冰量冻土压缩（蠕变）变形是路基变形的主要原因。 （6）冻土路基变形数值计算结果表明，路基下多年冻土温度均随路基使用年限的增加而升高，形成高温冻土层；冻土路基的沉降过程与年平均地温有关，年平均地温越高，路基沉降变形量越大；路基中心与路肩存在差异变形，年平均地温越高，差异量越大；年平均地温在-1.5℃～-0.3℃之间，路基高度为4m的铁路路基在变形稳定后，年平均沉降量小于2cm，在30a内累计变形量不超过20cm，可以保证青藏铁路高温-高含冰量冻土路段正常运营，满足路基稳定性要求。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 70 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21703]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 郑波. 高温-高含冰量冻土力学特性及冻土路基变形研究[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2007. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
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