多年冻土区铁路路基热－力稳定性数值仿真研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 李双洋 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-05-09 |
| 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 | 赖远明 |
| 关键词 | 铁路路基 多年冻土 蠕变 统计损伤本构 动力响应 |
| 其他题名 | Numerical Study on the Thermal – mechanical Stability of Railway Subgrade in Permafrost Regions |
| 学位专业 | 岩土工程 |
| 中文摘要 | 由于冻土不但具有岩土力学所研究的孔隙、裂隙介质的各种特性，而且具有水－冰或冰－水相变作用，由此将造成冰的生长、存在和消融，改变了岩土体的原有性质。冻土特有的相变温度分布特征、水分迁移聚冰特性，同时存在的拉压应力分布特性、冻胀特性，以及温度、水分和应力相互作用特征，这又区别于一般的岩土体，是一般岩土工程未能涉及的，也是一般岩土力学所未能解决的。 多年冻土区道路及铁道工程路基稳定性问题是一个非常复杂的水、热、力相互作用过程，又是一个亟待解决的工程难题。本文以青藏铁路为依托，通过数值模拟手段，对多年冻土区铁路路基的静、动力响应进行了深入系统的研究，以期能够为青藏铁路的安全畅通运营及病害防治等关键技术问题提供科学依据。主要开展了以下几方面的研究工作： 首先，运用传热学、冻土物理学、计算土力学等基本理论，考虑水分场和温度场的相互作用，以及温度变化对路基土体力学特性的影响，同时引入冻土现场蠕变试验拟合方程，建立了冻土区路基的热、力学（蠕变）稳定性分析模型。并以青藏铁路某段冻土路基为例，对其运营若干年后的热、力学状况进行了分析和预测。从计算分析结果可以看出，在修建路基后，将会在路基及其下部基础中产生大片的力学性质极不稳定的高温冻土层。同时，当路基修建后，首先产生较大的初始瞬时压缩变形，随后变形速率逐减小，进入非稳定的蠕变阶段；最后变形速率逐渐达到最小值，变成一常数而进入第二蠕变阶段，即稳定的粘塑性流动阶段，因而，在路基修建后0 ~ 3.5年内将产生较大的沉降变形。此外，由于路基及其下部基础内的温度逐年增高，冻土的力学稳定性逐渐变差，则由列车荷载引起的沉降量逐年有所增加。 同时，在已有冻土损伤研究成果的基础上，利用大量的单轴试验数据，对三种不同温度下的冻土强度概率分布进行了系统分析；随后，基于连续损伤理论和统计强度理论，建立了完整模拟冻土破坏全过程的统计损伤本构；最后，以青藏铁路某段多年冻土路基为例，运用传热学、冻土物理学及土力学等基本理论，考虑水分场和温度场的相互影响，以及温度对冻土力学特性的影响，并引入统计损伤本构模型，建立了冻土区路基的热、力学（损伤）稳定性分析模型，对该段路基的热、力学状况进行了分析。试验研究发现，基于威布尔分布的统计损伤本构模型能很好地反映冻土应力应变关系全过程，特别是其软化特性。通过数值模拟表明，列车荷载对路基内的水平位移影响较小，两种荷载工况下的水平位移几乎关于路基中心线对称，均会在路基基底坡脚附近出现最大水平位移值。但是列车荷载可以引起较大的竖向沉降，这主要是因为竖向位移是列车荷载作用的直接表现形式。并且，不管有无列车荷载作用，在路基中都将会出现拉应力，而且随土体温度升高而稍有增大，应引起铁路运营管理部门的注意。 最后，在大量的试验资料的基础上，运用冻土物理学、冻土力学、传热学、土力学以及土动力学等基本理论，建立了冻土区道路及铁道路基的动力反应分析模型（有效应力法），并以青藏铁路两个典型断面为例，对冻土铁路路基在四个不同季节的动力（地震和列车荷载）响应问题进行了系统研究。研究结果表明，地震荷载作用下，路基及其基础内的加速度、速度时程曲线变化趋势在四个季节大体相似。但是，在EI Centro水平地震激励下，路基的水平位移在7月15日最大，而在4月15日最小。此外，在列车荷载作用下，路基的竖向加速度、竖向速度、竖向位移在10月15日最大，而在4月15日最小，因此，铁路运营管理部门应在这个季节加强路基的变形监测，以确保铁路畅通安全运营。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 161 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21732]  |
| 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 | 李双洋. 多年冻土区铁路路基热－力稳定性数值仿真研究[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. 2008. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。