新建兰新第二双线多年冻土地区路基变形规律研究

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1、硕士学位论文新建兰新第二双线多年冻土地区路基变形规律研究TheStudyonthedeformationlowofSubgradeinthesecondLanxinRailwayinPermafrostRegions作者姓名：梁潇文学科、专业：道路与铁道工程学号：0211318指导教师：赖天文完成日期：2014年4月7日兰州交通大学LanzhouJiaotongUniversity万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也

2、不包含获得兰州交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解兰州交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权兰州交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据兰州

3、交通大学硕士学位论文摘要新建兰新第二双线途径甘肃省、青海省以及新疆维吾尔自治区三省区，正线线路全长1782公里，设计时速超过200公里/小时，新建兰新第二双线祁连山部分地区以热敏感性高和热稳定性差的多年冻土为主，季节的变换使冻土发生冻融循环，土中水发生相变时极易引发路基产生变形和开裂。本文结合了多年冻土的相关基础知识和修筑青藏铁路时的实践经验，对新建兰新第二双线甘青段DK366+021.00~DK366+089.44多年冻土地区路基的变形影响因素以及变形规律进行了系统的研究。主要研究内容与成果：(1)在了解多年冻土基础知识以及冻土的破坏机理的基础上，对

4、新建兰新第二双线铁路沿线不良地质的分布、铁路路基的设计原则和修筑方法进行了系统的分析，分析得出：祁连山多年冻土地区铁路路基的设计原则包括保护冻土、允许融化以及控制融化速率。(2)通过查阅相关资料对新建兰新第二双线多年冻土地区路基变形影响因素进行分析，通过分析得出:多年冻土的内在因素、外部气候因素以及多年冻土的施工特点都是影响路基变形的主要因素，采用减小太阳辐射、控制热传导以及减小热对流的方法对提高祁连山多年冻土地区路基热稳定性有一定的帮助。(3)结合前人研究出的非稳态温度场控制方程和基本的应力-应变方程，推导出路基热-应力耦合方程，研究多年冻土地区路基

5、数学理论方程能够为路基变形的数值模拟提供理论依据。(4)通过有限元软件ANSYS建立二维有限元模型，分析路基温度场、应力场与变形场，计算路基的变形量，并分析路基变形规律。分析计算得出：路基温度场呈现出沿纵向受外界温度逐渐减小的规律；在融化状态，温度的升高使得冻胀力减小，土体中的冰融化为水，土体在重力作用下发生压密，引起路基产生下陷变形，在冻结状态，冬季气温降低，温度一般处于0℃以下，土体中的水开始由上而下结冰，受温度梯度和毛细管理论的作用，土体中的水逐渐向结冰面迁移，并发生由水到冰的相变，随着水分向冰锋界面迁移，冰的体积不断增大，直到冰的体积大于土颗粒

6、之间的空隙时，冰晶体产生冻胀力，当冻胀力大于土体内聚力和重力时，土体将产生冻胀变形，冻胀力的不断加大使得路基产生向上膨胀变形。(5)综合新建兰新第二双线多年冻土地区铁路路基变形影响因素以及变形量的分析结果，研究减小由温度引起的路基变形量的措施。分析得出：当外界气温较高时，路基内部温度整体较高，使得路基内部冻胀力减小，路基产生下陷变形，我们在施工期间尽I万方数据新建兰新第二双线多年冻土地区路基变形规律研究量选取单位体积冻融潜热大的材料，以减小传热速率，同时可以采取遮阳棚、碎石护坡路基以及通风管路基来降低路基内部温度，从而减小路基融陷变形。当外界气温较低时

7、，路基内部温度整体较低，使得路基内部冻胀力增大，当冰的体积大于土颗粒之间的空隙时，路基将发生冻胀变形，通常我们可以采取换填土、热棒路基，同时做好路基排水工作来减小路基的冻胀变形；路基坡脚处是应力集中的主要位置，应严格按照路基边坡设计要求施工，杜绝污坡现象，合理设计边坡坡度和路基高度，可以采用复合土工布材料来扩散应力，采用综合治理的方案达到保护多年冻土的目的。关键字：多年冻土；路基；变形；热-应力耦合；数值模拟论文类型：应用研究II万方数据兰州交通大学硕士学位论文AbstractThesecondnewrailwayofLanXingoesthrough

8、threeprovincesofGansu,QinghaiandtheXinjiangUygu