動荷載條件下凍土融化固結(jié)與變形試驗研究.pdf

1、目前，國內(nèi)外學者針對高溫凍土融沉機理及其融沉性狀等方面做了大量研究工作，但這些研究主要集中在靜荷載作用下土體的融沉特性，很少涉及到動荷載對水分遷移、凍脹融沉翻漿的作用，尤其是沒有考慮孔隙水壓力的變化對路基土體沉降的影響。但是對于實際工程，車輛動荷載才能較真實地反映外界荷載狀況，孔隙水壓力的消散以及融化過程中水分的遷移和變化正是解釋融沉現(xiàn)象實質(zhì)的關(guān)鍵，對保證道路安全運營具有重要意義。
　　本文以國家自然基金課題“高溫凍土動力融化固結(jié)

2、理論研究”為依托，以109國道青海省境內(nèi)橡皮山段公路路基上嚴重翻漿地段為重點，采用現(xiàn)場調(diào)研和實測、理論分析、及數(shù)值模擬和室內(nèi)試驗驗證相結(jié)合的思路，對于高溫凍土動力融化固結(jié)特性進行系統(tǒng)研究，從而進一步完善凍土動力學的學科體系。取得了以下幾個方面的研究成果:
　　(1)針對超載及凍土性質(zhì)引起的路基凍脹翻漿問題，通過現(xiàn)場實測，對G109在重型交通車輛作用下，不同深度、不同載重、不同車速的路基動態(tài)響應規(guī)律進行了研究，并對G109沿線的路基

3、動態(tài)響應狀態(tài)數(shù)據(jù)進行了長期的觀測。
　　(2)考慮不同冷卻溫度和融化溫度時土體分別在自重荷載和動荷載的作用下，對109國道路基代表性土進行飽和狀態(tài)下的融化固結(jié)作用研究，研究其在開敞系統(tǒng)有側(cè)限、不同溫度和荷載邊界條件作用下土體孔隙水壓力的變化規(guī)律。
　　(3)對飽和凍土在軸對稱條件下的三維融化固結(jié)理論進行了推導，以圓柱體試件為研究對象，推導出按位移求解空間軸對稱問題時的基本微分方程。從三場的基本方程出發(fā)，結(jié)合凍土融化固結(jié)過程中

4、的孔隙冰壓力和孔隙水壓力的轉(zhuǎn)化規(guī)律，導出飽和凍土融化固結(jié)理論模型。
　　(4)考慮孔隙氣壓力的作用，修訂有效應力的表達式，考慮滲透系數(shù)為孔隙水壓力和孔隙氣壓力的函數(shù)，結(jié)合土體顆粒、水、冰和氣體的質(zhì)量守恒方程以及動量守恒方程，依據(jù)達西定律來表達氣體和水的平均運動速度，推導出非飽和高溫凍土融化固結(jié)理論模型。
　　(5)利用數(shù)值模擬方法，深入研究車輛動荷載作用下凍土路基的融化固結(jié)，分別建立室內(nèi)試驗驗證模型和季節(jié)性凍土地區(qū)109國道