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高速铁路季节性冻土路基冻融变化规律研究

郭嘉琪  
【摘要】:随着我国高速铁路的蓬勃发展,人们对于高铁运行平顺性与稳定性的要求也逐渐提高,目前制约我国高速铁路发展的主要问题之一是季节性冻土区路基的冻害问题,人们对于高铁路基在冻融循环期间温度场、含水率以及冻胀量随时间变化规律认识不足导致无法采取有效的防治措施从根源上解决冻害问题。因此,有必要对季节性冻土区高速铁路路基进行冻融规律研究。本文以哈(哈尔滨)大(大连)高速铁路冻融监测项目为工程背景,采用冻害因素理论分析、监测数据的对比与分析以及数值模拟三种方法相结合的方式,对季节性冻土区高铁路基冻融规律进行研究,主要研究成果如下:(1)对哈大高速铁路沿线的地形地貌、环境条件、水文特征进行调查,结合前人研究结果分析归纳哈大高铁冻胀因素(水分、温度、荷载以及土体的性质),并对各个因素作用机理进行分析。(2)以哈大高铁冻融监测项目为依托,选择典型监测位置以及监测断面,通过对现场监测数据进行对比、分析,得出路基不同监测点位,不同监测深度处地温、含水率、冻胀量在冻融过程中的变化规律。(3)基于FLAC~(3D)软件温度板块热传导计算原理,确定能量传递的控制方程以及热力耦合方程。采用摩尔-库伦模型,设置其初始状态并对边界进行约束,对各土层热物理学参数进行标定,建立季节性冻土区高铁路基热力耦合分析模型,将运行计算结果与理论及监测分析结果进行对比,验证了监测分析结果中冻土路基温度场、变形场在冻融期间变化规律的真实性,也反映了所建模型的可靠性。(4)分析季节性冻土区高铁路基冻害防治措施,结合哈大高速铁路现场冻害治理措施以及冻融规律研究结果,对路基冻害治理给出相关建议。


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