动荷载条件下多年冻土区斜坡路基稳定性研究

论文摘要

多年冻土区斜坡段路基稳定性对铁路长期运营具有潜在的威胁,随着道路建设及运营,改变了原天然地表与大气之间的热量平衡条件,打破了原多年冻土的水热平衡状态,导致路基下伏多年冻土天然上限发生改变,加之常年列车荷载及可能发生地震的条件下,出现路基病害的可能性大。针对出现的路基病害,分析其病害特征、产生机理,并进行稳定性评价,对路基工程设计、施工及道路维护有指导性作用,对保证铁路的安全运营具有重要意义。本文在国家“十一五”科技支撑项目《青藏铁路运营安全保障系统研究》中“多年冻土工程检测与病害防治技术研究”课题之子课题“冻土斜坡路基的稳定性评价与整治措施研究”支持下,以现场调研及实测为基础,开展了室内静、动力学试验研究及室内模型试验研究,并通过数值模拟计算方法,进行了动荷载条件下多年冻土区斜坡路基动力响应分析,取得了以下几个方面的研究成果：(1)进行实地调研并选取试验路段,开展试验段典型土样的室内基本土性分析试验,掌握其基本土性特性,进行土样的工程分类；进一步开展了冻结粉质粘土静、动三轴压缩试验研究,分析不同温度、不同含水率及不同围压条件下冻土强度、动弹性模量变化趋势,并总结了不同试验条件下冻土强度、动弹性模量、动剪切模量及动阻尼比的试验结果。(2)通过室内三轴压缩试验,分析了粉质粘土及砂砾土饱水后其土体强度的变化；考虑路基表面不同动荷载条件、冻土斜坡路基不同温度分布及不同含水率条件,开展了室内模型试验以模拟季节融化期列车荷载条件下冻土斜坡路基的稳定性状况,分析了试验过程中冻土斜坡路基模型的温度变化及变形特征,通过含水率的测试,分析了试验过程中水分迁移特征,阐述了冻土斜坡路基的破坏形式及破坏位置,指出了冻土斜坡路基的潜在滑动面。(3)通过数值模拟计算方法,分别对地震荷载及列车荷载条件下冻土斜坡路基动力响应进行了研究,分析了地震条件下不同频率地震波、不同坡度、不同路基断面形式对冻土斜坡路基稳定性的影响和列车荷载条件下坡度对斜坡路基稳定性的影响。(4)总结分析了室内试验、模型试验、地震荷载及列车荷载作用下斜坡路基响应等研究成果,充分考虑所有的影响因素,利用层次分析法(AHP)结合模糊数学理论,提出了基于可靠度的多年冻土区斜坡路基稳定性评价方法。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 多年冻土区斜坡研究现状
• 1.2.2 冻土动力学研究现状
• 1.2.3 列车荷载条件下路基动力响应研究
• 1.2.4 地震动力响应研究现状
• 1.3 存在的问题
• 1.4 本文主要研究内容及技术路线
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 第2章 冻土强度及动参数试验研究
• 2.1 试验路段工程地质特征
• 2.2 室内常规土工试验
• 2.2.1 颗粒分析试验
• 2.2.2 土粒比重试验
• 2.2.3 液塑限联合测定试验
• 2.2.4 土样工程分类
• 2.3 冻土强度及动力学参数试验研究
• 2.3.1 试验方案
• 2.3.2 强度试验
• 2.3.3 动力学参数试验研究
• 2.3.4 试验结果整理
• 2.4 本章小结
• 第3章 动载荷作用下冻土斜坡路基模型试验研究
• 3.1 试验土样
• 3.2 模型试验
• 3.2.1 仪器设备
• 3.2.2 模型设计
• 3.2.3 试验过程
• 3.3 本章小结
• 第4章 地震载荷作用下冻土斜坡路基的响应分析
• 4.1 常用数值计算方法简介
• 4.2 几何模型与边界条件
• 4.2.1 几何模型
• 4.2.2 边界条件
• 4.3 材料模型及参数
• 4.3.1 土体材料的本构模型
• 4.3.2 物理模型及材料主要参数
• 4.4 运动控制方程
• 4.4.1 土体运动方程
• 4.4.2 物理方程
• 4.4.3 几何方程
• 4.4.4 有效应力原理
• 4.4.5 基本控制方程
• 4.5 地震荷载
• 4.5.1 地震波的波动分析法
• 4.5.2 计算中输入的地震波
• 4.6 不同坡度冻土斜坡路基模型地震响应分析
• 4.6.1 波1作用下不同坡度模型的变形分析
• 4.6.2 波1作用下不同坡度模型时程分析
• 4.6.3 波2作用下不同坡度模型的变形分析
• 4.6.4 波2作用下不同坡度模型时程分析
• 4.6.5 斜坡路基侧向位移、速度、加速度及剪应变峰值分析
• 4.7 k1128+020试验断面计算与分析
• 4.7.1 波1作用下变形云图分析
• 4.7.2 波1作用下关键点时程曲线分析
• 4.7.3 波2作用下变形云图分析
• 4.7.4 波2作用下关键点时程曲线分析
• 4.8 K1139+070试验断面的计算与分析
• 4.8.1 波1作用下变形云图分析
• 4.8.2 波1作用下关键点时程曲线分析
• 4.8.3 波2作用下变形云图分析
• 4.8.4 波2作用下关键点时程曲线分析
• 4.9 本章小结
• 第5章 列车动荷载下冻土斜坡路基的响应分析
• 5.1 列车动荷载的模拟
• 5.2 计算模型及运动方程
• 5.3 结果分析
• 5.3.1 垂向应力及竖向位移
• 5.3.2 剪应变
• 5.3.3 剪应力
• 5.4 本章小结
• 第6章 基于可靠度的多年冻土区斜坡路基稳定性评价
• 6.1 冻土路基稳定性评价指标体系
• 6.1.1 普通冻土路基稳定性评价指标体系
• 6.1.2 地震条件下冻土斜坡路基稳定性评价指标体系
• 6.1.3 列车荷载条件下冻土斜坡路基稳定性评价指标体系
• 6.2 系统可靠度
• 6.3 层次模型
• 6.4 多级模糊综合评价模型
• 6.5 评价结果的处理
• 6.6 算例分析
• 6.6.1 算例1
• 6.6.2 算例2
• 6.7 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 主要工作和结论
• 7.2 进一步展望
• 论文创新点
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集