东北季节冰冻地公路冻胀与翻浆病害研究.pdf

Study on the Disease of Highway Frost Heaving and Frost Boiling in the Northeast Seasonal Freezing Region A Dissertation Submitted for the Degree of Master Candidate：Xiao Xuan Supervisor：Prof. Mao Xuesong Chang’an University, Xi’an, China 万方数据 本论文受到交通部西部交通建设科技项目 （2011 318 223 630 ）的资助。 Supported by the Western Region Communications Construction Project (2011 318 223 630). 万方数据 万方数据 摘 要 土体中的水热变化及由此引起的应力重分布是引起冻胀与翻浆的主要因素。本文 以黑龙江省北安至黑河段、伊春至绥化段以及鸡讷公路的林口至大罗密段为依托，采 用现场调查和有限差分数值计算的方法，针对季节冰冻地区防冻胀翻浆道路结构进行 系列研究： 1）基于现有的研究成果，结合典型路段温度和水分的实时监测，从水热变化角度 分析了路基冻胀与翻浆机理，对影响道路冻胀翻浆机理的的因素进行了详细分析；通 过现场调研及资料收集等方法，对黑龙江地区既有道路典型路段的自然环境特征、路 基路面病害进行了调查，考虑自然环境特征及冻土特性对沥青道路冻胀融沉进行分类。 2 ）总结与归纳了国内外季节性冻土地区典型道路结构，分析了各自的优缺点，基 于道路冻胀与翻浆发生机理，从路基横断面形式、路基填料、排水设计等方面，提出 了防冻胀翻浆的路基结构。 3 ）基于伴有相变的冻土区路基温度场控制方程、考虑温度梯度引起水分迁移的冻 土路基水分迁移控制方程，应用有限差分软件FLAC3D 的流固热耦合模型数值来求解 冻土道路变形场模型。 4 ）建立设置防水垫层道路结构温度场和变形场影响的数值模型，分析了考虑地下 水条件下，设置防水垫层结构前后对路基温度场、变形场变化特性的影响，结果表明 设置防水垫层能够减弱地下水对道路冻胀和融沉变形的影响。 5 ）建立了不同埋置位置保温板对道路温度场和变形场影响的数值模型，分析了有 无保温板以及保温板埋置不同深度对道路温度场、变形场变化特性的影响，表明道路 结构中存在保温板对提高冻融线，减弱冻胀融沉有显著影响。 6）建立了不同护坡道宽度对道路温度场和变形场影响的数值模型，分析了不同护 坡道宽度下道路温度场、变形场的变化过程，表明护坡道宽度为3m 时保温效果最好、 冻胀融沉程度最小。 7）建立了有无粘土层道路结构对道路温度场和变形场影响的数值模型，分析了考 虑降雨条件下，有无粘土层结构下道路结构水分场、变形场的变化过程，表明有粘土 层的道路结构降低了路基内的饱和度、减弱冻胀融沉的程度。 关键词：季节性冻土地区;冻胀;翻浆;水分;温度;变形 I 万方数据 Abstract Soil moisture-heat change and the stress redistribution caused by it are the main factors causing the heaving and boiling. Based on the road of Beian-Heihe, Yincun-Suihua