冻融条件下高填路堤边坡稳定性研究

论文摘要

本文运用理论分析和数值分析手段,以哈大客运专线试验段D3K692+948路堤稳定性试验断面为研究对象,对冻融土区温度场、边坡稳定性以及影响因素进行了分析研究。主要内容如下:首先,针对季节冻土区路堤与一般路堤的不同,在非稳态温度场控制方程的基础上建立了季节冻土地区伴有相变的路基非稳态温度场控制方程。根据哈大路堤试验断面的实际情况,建立合理的计算模型数值模拟冻结期与融沉期路堤表面中间点、路堤阴坡坡脚点、阳坡坡脚点温度场沿竖向深度分布情况、阳坡中点温度场沿边坡法线深度的分布情况以及温度场沿路堤横断面的分布情况。其次,将已数值模拟的温度场结果作为初始条件加到路堤结构计算模型中,实现了温度场与应力场耦合,采用强度折减法研究融沉期哈大试验路堤的边坡稳定性。通过分析融沉期路堤边坡稳定安全系数变化曲线以及边坡特征点位移变化曲线,根据边坡相关规范判断路堤边坡的安全状态。通过有无土工格栅情况路堤边坡稳定安全系数以及各特征点在融沉期的对比可知土工格栅可改变路堤填土的应力状态,减少水平、竖向位移变形,融沉期添加土工格栅比无土工格栅时边坡稳定安全系数可提高5%12%,因此土工格栅对季节冻土区高填路堤边坡的稳定性具有重要的加固作用。最后,通过数值计算得到了路堤填土材料、路堤形状以及边坡坡度三种因素对路堤边坡稳定性的影响,结果表明哈大客运专线采用的路堤填土材料、路堤形状以及边坡坡度具有合理性,从而为哈大客运专线的设计与施工提供参考及指导作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 冻土工程发展历程
• 1.2.2 冻土地区温度场研究
• 1.2.3 冻土地区边坡稳定性研究
• 1.3 本文的研究内容
• 第2章 有限元模型的建立
• 2.1 ABAQUS6.8 有限元软件简介
• 2.2 计算模型的建立
• 2.2.1 单元的选取
• 2.2.2 材料参数的确定
• 2.2.3 计算域的确定
• 2.2.4 荷载的确定
• 2.2.5 边界条件的确定
• 2.2.6 土的本构关系的选取
• 2.3 安全系数的确定方法
• 2.3.1 强度折减法简介
• 2.3.2 失稳判别准则
• 2.4 本章小结
• 第3章 考虑边界条件的路堤非稳态温度场模拟
• 3.1 伴有相变的路堤非稳态温度场的控制方程
• 3.1.1 路堤非稳态温度场的控制方程
• 3.1.2 伴有相变的路堤非稳态温度场的控制方程
• 3.2 计算模型的建立
• 3.3 热参数及边界条件的确定
• 3.3.1 热力学参数的确定
• 3.3.2 边界条件的确定
• 3.4 冻土路堤温度场计算与分析
• 3.4.1 网格划分
• 3.4.2 温度场计算
• 3.5 本章小结
• 第4章 季节冻土区高填路堤边坡稳定分析
• 4.1 平衡初始地应力
• 4.2 模型建立
• 4.3 数值计算分析路堤在融沉阶段列车荷载作用下的稳定性
• 4.3.1 网格划分
• 4.3.2 数值计算结果与分析
• 4.4 数值分析土工格栅路堤边坡稳定的加固作用
• 4.4.1 土工格栅加固路堤的工作原理
• 4.4.2 模型建立
• 4.4.3 网格划分
• 4.4.4 数值模拟结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 季节冻土区高填边坡稳定性影响因素研究
• 5.1 边坡稳定性影响因素综述
• 5.2 填土材料对路堤边坡稳定性的影响
• 5.3 路堤形状对路堤边坡稳定性的影响
• 5.4 坡度对路堤边坡稳定性的影响
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢