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季冻区路基橡胶颗粒—水泥改良土动力特性及变形特征研究

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季冻区路基橡胶颗粒—水泥改良土动力特性及变形特征研究

作者：任钰辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

随着寒区工程基础建设项目日益增加,交通循环荷载和冻融循环协同作用诱发的季节性冻土路基不均匀冻胀变形及失稳等问题逐渐显现。特别是季节性冻土地区的风积土是一种颗粒极细、力学性质较差的土体,在交通循环荷载作用下极易发生强度劣... 详细信息

随着寒区工程基础建设项目日益增加,交通循环荷载和冻融循环协同作用诱发的季节性冻土路基不均匀冻胀变形及失稳等问题逐渐显现。特别是季节性冻土地区的风积土是一种颗粒极细、力学性质较差的土体,在交通循环荷载作用下极易发生强度劣化和不均匀变形等问题,造成路基破坏,甚至酿成工程事故。针对季节性冻土路基冻害问题,以季冻区风积土为研究对象,制备橡胶颗粒-水泥改良风积土试样,开展橡胶颗粒-水泥改良土单轴压缩试验、DSCM测试和动三轴试验,研究了橡胶颗粒-水泥改良土的静动力特性及其变形问题。建立考虑间歇性循环荷载作用的分数阶累积塑性应变预测模型,提出了基于时间硬化方法的橡胶颗粒-水泥改良土动弹性模量分数阶数学模型。并以北沙河特大桥小里程端路基工程为依托,采用有限元数值模拟方法,研究了橡胶颗粒-水泥改良土用于季冻区路基冻害防治的适用性。主要研究内容包括:(1)对取自北沙河特大桥小里程端的土样开展室内基本土工试验,获取风积土基本物理力学指标。确定风积土的改良材料,分析橡胶颗粒及水泥的基本特性。(2)开展橡胶颗粒-水泥改良土的单轴压缩试验以及冻胀率试验,确定橡胶颗粒和水泥掺量的最优掺比。同步开展最优掺量时橡胶颗粒-水泥改良土的数字散斑相关方法测试(DSCM),分析试样在压密阶段、弹性变形、塑性变形和软化阶段位移场的演化规律,以及试样表面裂缝扩展形式和破坏特征。(3)利用GDS DYNTTS冻土动三轴仪,开展不同有效固结围压、冻融循环次数、动应力幅值和振动频率的间歇性循环荷载下橡胶颗粒-水泥改良土动三轴试验。采用双Abel黏壶建立考虑间歇性循环荷载作用的分数阶累积塑性应变预测模型;基于时间硬化方法,建立了间歇性循环荷载作用下橡胶颗粒-水泥改良土的分数阶动弹性模量数学模型,并进行了模型参数识别和可靠性验证。(4)以北沙河特大桥小里程端的路基为研究对象,利用MIDAS/GTS建立列车循环荷载作用下原路基以及橡胶颗粒-水泥改良路基的有限元数值仿真分析模型,研究交通循环荷载和冻融循环协同作用下橡胶颗粒-水泥改良路基位移场特征,提出季冻区改良土路基变形控制措施。该论文有图59幅,表17个,参考文献54篇。

关键词：季冻区路基橡胶颗粒-水泥改良土数字散斑间歇性循环荷载数值模拟

季冻区油页岩废渣改良土路基水汽迁移特性试验研究

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季冻区油页岩废渣改良土路基水汽迁移特性试验研究

作者：邹连慧吉林大学

学位级别：硕士

季冻区道路病害主要为冻胀和翻浆,严重缩短了道路的使用年限,增加了道路的养护成本。道路主要由路基和路面构成,路基为路面结构提供支撑,同时与路面共同承受行车荷载的作用。路基土是典型的非饱和土,土中的含水量变化导致土的性状改变,... 详细信息

季冻区道路病害主要为冻胀和翻浆,严重缩短了道路的使用年限,增加了道路的养护成本。道路主要由路基和路面构成,路基为路面结构提供支撑,同时与路面共同承受行车荷载的作用。路基土是典型的非饱和土,土中的含水量变化导致土的性状改变,气态水和液态水在路基顶面和底面温差的作用下发生迁移,含水量的变化影响着路基的稳定性。冬季路基中的水分从下向上迁移,水分在负温作用下冻结成冰,体积变大对周围土体挤压形成冻胀现象。当春季温度升高后冻土融化形成饱水层,在车辆荷载作用下饱水层中的路基填料反复受到挤压,最终导致路基翻浆。随着油页岩资源的开发利用大量的废渣产生,油页岩废渣对环境产生严重的污染。为保护环境和实现固体废物再利用,课题组提了具有良好物理性能的油页岩废渣改良土,但缺乏对其抗冻胀性的研究。路基中的水汽迁移是导致季冻区道路冻胀翻浆等病害的重要因素,水汽迁移分为气态水迁移和液态水迁移,由于气态水测量难度较大,因此关于气态水迁移的研究十分匮乏,但其对道路冻胀和翻浆的影响是不可忽略的。本文依托国家自然科学基金项目“季节冻土区道路设置冷组层治理路基冻害机理研究(51578263)”,针对季冻区路基冻胀和翻浆等病害,通过发明的非饱和土气态水迁移测量装置研究了非饱和土气态水迁移规律,明确了路基中气态水与液态水之间的比例,对油页岩废渣改良土的抗冻胀性进行评价,构建油页岩废渣改良土气态水迁移预测模型。基于上述研究目的,本文的主要研究内容如下:(1)依据质量守恒定律创新发明了测量非饱和土中气态水迁移的试验装置,该装置可以测量不同含水率和不同压实度的非饱和土在不同温度情况下气态水迁移的质量。将发明的装置与已有的气态水迁移测量装置通过气态水迁移试验进行比较,验证发明装置的准确性与实用性。(2)通过非饱和土气态水迁移测量装置研究不同含水率和不同压实度的油页岩废渣改良土与粉质黏土在不同温度条件下的气态水迁移规律,分析气态水迁移影响因素的作用效果。对比油页岩废渣改良土和粉质黏土冻融循环前后的气态水迁移差异,并借助电子扫描显微镜从微观的角度对油页岩废渣改良土和粉质黏土的内部结构差异进行分析。(3)采用非饱和土水-热-力耦合试验装置开展室内单向冻结试验,监测土柱不同位置的温度、含水率和应力,测量油页岩废渣改良土和粉质黏土冻融循环前后的导热系数,对油页岩废渣改良土和粉质黏土的抗冻胀性进行评价。对水汽迁移数据进行分析,明确路基中气态水和液态水之间的比例关系。(4)将气态扩散系数应用于非饱和土气态水迁移,从理论上对油页岩废渣改良土的抗冻胀性进行评价。建立单因素和多因素的油页岩废渣改良土气态水迁移质量预测模型,为油页岩废渣改良土的工程应用提供理论基础。

关键词：季冻区路基油页岩废渣改良土水汽迁移扩散系数

含水量对季冻区路基强度及路面结构力学响应的影响

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公路 2017年第2期62卷 25-30页

作者：郝冠军中设设计集团股份有限公司南京市210014

对季冻区路基路面的力学性能进行相关研究。测试不同深度位置处路基土体的含水量,并对路基土体回弹模量的影响因素进行试验分析,探讨了不同路基含水量下的路面结构力学响应情况。结果表明:冻融循环明显降低土体的强度,但到第6次冻融循环... 详细信息

对季冻区路基路面的力学性能进行相关研究。测试不同深度位置处路基土体的含水量,并对路基土体回弹模量的影响因素进行试验分析,探讨了不同路基含水量下的路面结构力学响应情况。结果表明:冻融循环明显降低土体的强度,但到第6次冻融循环后,土体的强度基本趋于平稳;随着含水量的增加,土体强度减小的趋势逐渐变缓,因此,冻融循环作用对较为干燥状态土体的影响是较大的;路表弯沉、半刚性基层层底拉应力和土基顶压应变与路基含水量及轴载呈正相关关系,其中与轴载近似呈线性关系。沥青层层底拉应变远远低于疲劳极限,因此发生疲劳损伤的概率很小;随着轴载的增加,半刚性基层疲劳寿命逐渐减小,趋势逐渐变缓,含水量增加时半刚性基层疲劳寿命有类似的变化规律,因此为降低半刚性基层发生疲劳破坏的概率,需严格控制土基的含水量及行车荷载。

关键词：季冻区路基回弹模量含水量轴载疲劳极限

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季冻区路基填土冻胀特性试验研究

中外公路 2021年第1期41卷 21-25页

作者：崔宏环王伟浩闫子麟邢辰孙利成河北建筑工程学院土木工程学院河北张家口075000

为研究开放系统下顶端温度对季冻区路基填土冻胀变形特性的影响,以张家口地区的路基填土为研究对象进行单向冻结试验,通过自制冻胀试验机采集大尺寸试样内部的水分、温度和冻胀量数据并分析其变化过程。结果表明:(1)-10℃时对应的冻胀... 详细信息

为研究开放系统下顶端温度对季冻区路基填土冻胀变形特性的影响,以张家口地区的路基填土为研究对象进行单向冻结试验,通过自制冻胀试验机采集大尺寸试样内部的水分、温度和冻胀量数据并分析其变化过程。结果表明:(1)-10℃时对应的冻胀量最大,-5℃次之,-15℃最小;(2)快增状态冻胀率在-10℃时最大,慢增状态和稳态对应的冻胀率随顶端温度的降低有下降的趋势;(3)内部温度沿高度分布逐渐由非线性向线性发展;(4)顶端温度作用对试样内水分分布影响最大深度不超过40 cm。

关键词：季冻区路基单向冻结试验冻胀量冻胀率温度分布水分分布

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季冻区公路路基病害与设计研究

吉林建筑工程学院学报 2013年第4期30卷 40-43页

作者：张熙颖李岩松孙东雨吉林大学建设工程学院长春130000 吉林建筑大学交通科学与工程学院长春130118 吉林省高速公路管理局长春130000 吉林省东吉公路建设有限公司长春130000

吉林省按照公路自然区划隶属于季节性冰冻地区,公路路基面临着±30℃的温度变化.冬季,路基在低温、土质及湿度耦合作用下,容易产生冻胀现象;而春季升温时,由于高温、土质及温度的耦合作用,使路基易产生翻浆现象。我国现行半刚性基层沥... 详细信息

吉林省按照公路自然区划隶属于季节性冰冻地区,公路路基面临着±30℃的温度变化.冬季,路基在低温、土质及湿度耦合作用下,容易产生冻胀现象;而春季升温时,由于高温、土质及温度的耦合作用,使路基易产生翻浆现象。我国现行半刚性基层沥青路面的设计规范中,给出16种特殊路基的处理方法,但不包括季冻区路基。本文在大量调查季冻区公路路基病的基础上,提出了对季冻区路基设计补充控制指标的思想.采用这一思路进行季冻区公路设计,则对于路基病害有很强的针对性.

关键词：季冻区路基冻胀翻浆病害路面设计

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火山灰材料的路用隔温性能试验研究

吉林交通科技 2015年第3期 1-3页

作者：刘树奎吉林省公路管理局

具有多孔结构、导热系数小的天然材料，一般都具有良好的隔温性能。东北季冻区火山灰地产资源丰富，具有良好的隔温性能，并且在当地应用还能起到降低工程造价及保护环境的作用。本文主要对具有代表性的火山灰材料的天然隔温效果进行调... 详细信息

具有多孔结构、导热系数小的天然材料，一般都具有良好的隔温性能。东北季冻区火山灰地产资源丰富，具有良好的隔温性能，并且在当地应用还能起到降低工程造价及保护环境的作用。本文主要对具有代表性的火山灰材料的天然隔温效果进行调查试验分析。

关键词：季冻区路基火山灰隔温性能抗冻性能

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季冻区典型路面疲劳设计与静载设计对比研究

吉林建筑大学学报 2013年第5期30卷 25-27页

作者：张熙颖李岩松孙东雨吉林大学建设工程学院长春130118 吉林建筑大学交通科学与工程学院长春130118 吉林省高速公路管理局长春130000 东吉公路建设有限公司长春130000

季节性冰冻地区公路沥青路面结构面临着较为极端的气候条件,因而,采用典型路面结构设计的方法成为现行国标的适当补充.本文分析了典型路面结构设计的必要性和客观性,并推荐半刚基层沥青路面及纯柔性沥青路面两种典型结构,采用现行设计... 详细信息

季节性冰冻地区公路沥青路面结构面临着较为极端的气候条件,因而,采用典型路面结构设计的方法成为现行国标的适当补充.本文分析了典型路面结构设计的必要性和客观性,并推荐半刚基层沥青路面及纯柔性沥青路面两种典型结构,采用现行设计方法验算了两种结构的设计指标的合理性.此外,采用壳牌沥青所推出的BISAR软件计算了弹性层状体系在静载下的荷载响应,对疲劳响应和静载响应进行了定量对比,从而力求使静载响应成为现行设计方法的有利补充.

关键词：季冻区路基冻胀翻浆病害路面设计

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基于水分迁移的路基冻胀及防治措施

内江科技 2019年第10期40卷 45-45,126页

作者：王铁权陕西铁路工程职业技术学院

本文在分析季节性冻土地区水分迁移原理基础之上,进一步分析了季冻区路基冻胀原理、影响因素及防治措施。结果表明:季冻区路基内水分在土水势梯度作用下向冻结层迁移,冻结层冰晶体积不断增大,导致路基路面鼓包开裂;针对影响路基冻胀的因... 详细信息

本文在分析季节性冻土地区水分迁移原理基础之上,进一步分析了季冻区路基冻胀原理、影响因素及防治措施。结果表明:季冻区路基内水分在土水势梯度作用下向冻结层迁移,冻结层冰晶体积不断增大,导致路基路面鼓包开裂;针对影响路基冻胀的因素,可采取加强路基排水设施、设置隔水离层、提高路基土压实度、铺设保温板等措施防治路基冻胀。

关键词：路基冻胀路基路面季冻区路基水分迁移冻结层水势梯度保温板防治措施

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基于水分迁移的路基冻胀及防治措施

内江科技 2019年第12期40卷 43-43,16页

作者：王铁权陕西铁路工程职业技术学院

关键词：路基冻胀路基路面季冻区路基水分迁移冻结层水势梯度保温板防治措施