【摘要】：隨著公路事業(yè)的發(fā)展,高等級(jí)寬幅公路逐漸向青藏高原多年凍土區(qū)延伸。由于寬幅路基結(jié)構(gòu)總吸熱面積和總體積熱容的增加以及全球氣候變暖的影響,路基及基底多年凍土溫度升高,凍土人為上限下移,路基結(jié)構(gòu)易發(fā)生熱融沉降變形�！嗖馗咴嗄陜鐾翆�(duì)溫度敏感性大,EPS隔熱層路基、碎(塊)石路基和熱棒路基等工程措施在現(xiàn)有道路工程中的應(yīng)用效果較好,但是對(duì)于寬幅路基的處治效果還需要進(jìn)一步研究討論。本文以溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬結(jié)果為基礎(chǔ),對(duì)多年凍土區(qū)無(wú)工程措施的寬幅路基、隔熱層寬幅路基以及隔熱層與換填碎石復(fù)合路基的溫度場(chǎng)分布特征進(jìn)行研究分析,主要包括以下幾個(gè)方面：論文首先基于多年凍土區(qū)路基溫度場(chǎng)數(shù)值計(jì)算、模型參數(shù)以及邊界條件的相關(guān)理論,結(jié)合青藏高原地區(qū)氣候環(huán)境及多年凍土的特征,建立了路基溫度場(chǎng)數(shù)值計(jì)算的控制方程,確定了土體的熱物理參數(shù)以及邊界條件,給出了多年凍土區(qū)路基溫度場(chǎng)有限元數(shù)值模擬的理論基礎(chǔ)、材料參數(shù)及邊界條件。其次,在對(duì)比了不同寬度和高度的普通路基溫度等值線圖、地溫沿深度隨時(shí)間的變化曲線圖以及年最大融深隨時(shí)間的變化曲線圖的基礎(chǔ)之上,研究分析了路基的尺寸效應(yīng)對(duì)路基溫度場(chǎng)的影響規(guī)律,計(jì)算表明寬幅路基結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性差,且路基越高,穩(wěn)定性越好,并指出多年凍土區(qū)無(wú)工程措施的寬幅路基的合理填筑高度為4m-6m。第三,論文基于溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬結(jié)果,對(duì)隔熱層路基的工程應(yīng)用效果進(jìn)行了研究分析,計(jì)算結(jié)果表明隔熱層路基的熱穩(wěn)定性明顯提高,且隔熱層埋深越淺、厚度越大,溫度穩(wěn)定性越好,并根據(jù)保溫效果和行車(chē)要求指出隔熱層的合理厚度為0.15m-0.25m,合理埋深為0.5m-1.0m。最后,論文根據(jù)隔熱層路基人為上限位置確定換填碎石層厚度,并對(duì)復(fù)合路基結(jié)構(gòu)的保護(hù)效果進(jìn)行數(shù)值模擬,并根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果提出隔熱層與換填碎石復(fù)合路基的隔熱層合理厚度與換填碎石合理深度的組合,隔熱層厚度為0.08m-0.1m,換填碎石深度為3-5m。
[Abstract]:With the development of highway, high-grade wide-width highway extends to the permafrost area of Qinghai-Xizang Plateau. Because of the increase of the total heat absorption area and the total volume heat capacity of the broad embankment structure and the influence of global climate warming, the temperature of the embankment and its base permafrost increases, the artificial upper limit of the frozen soil moves down, and the subgrade structure is prone to thermal thawing settlement deformation. The permafrost of Qinghai-Xizang Plateau is highly sensitive to temperature, and the engineering measures such as EPS thermal insulation subgrade, broken (block) stone subgrade and hot bar subgrade have been applied well in existing road engineering. However, the treatment effect of wide embankment needs further study and discussion. Based on the numerical simulation results of temperature field, the temperature field distribution characteristics of broad embankment without engineering measures in permafrost region, wide embankment with thermal insulation layer and composite subgrade of heat-insulating layer and replacement gravel are studied and analyzed in this paper. The main contents are as follows: firstly, based on the numerical calculation of embankment temperature field in permafrost region, the theory of model parameters and boundary conditions, the climatic environment and permafrost characteristics of Qinghai-Xizang Plateau are combined. The governing equation of subgrade temperature field is established, the thermal physical parameters and boundary conditions of soil are determined, and the theoretical foundation, material parameters and boundary conditions of finite element numerical simulation of embankment temperature field in permafrost region are given. Secondly, on the basis of comparing the temperature isoline map of common roadbed with different width and height, the curve of variation of geothermal temperature along depth with time, and the curve of annual maximum melting depth with time, The influence of the size effect of the subgrade on the temperature field of the roadbed is studied and analyzed. The calculation shows that the thermal stability of the subgrade structure is poor, and the higher the roadbed is, the better the stability is. It is pointed out that the reasonable filling height of the broad embankment without engineering measures in permafrost region is 4m-6 m. Thirdly, based on the numerical simulation results of temperature field, the engineering application effect of the thermal insulation subgrade is studied and analyzed. The calculation results show that the thermal stability of the thermal insulation subgrade is obviously improved, and the shallower the thermal insulation layer is, the greater the thickness is. The better the temperature stability, according to the heat preservation effect and driving requirements, the reasonable thickness of thermal insulation layer is 0.15m-0.25m, and the reasonable buried depth is 0.5m-1.0m. Finally, according to the artificial upper limit position of the thermal insulation subgrade, the thickness of the replacement gravel layer is determined, and the protective effect of the composite subgrade structure is simulated numerically. According to the results of numerical simulation, the combination of reasonable thickness of insulation layer and reasonable depth of replacement crushed stone is put forward. The thickness of heat insulation layer is 0.08m-0.1m, and the depth of replacement gravel is 3-5m.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：U416.168

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本文編號(hào)：2266800