多年冻土区路基随机温度场及变形场分析模型研究

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1、博士学位论文多年冻土区路基随机温度场及变形场分析模型研究StudyontheAnalysisModelofStochasticTemperatureFieldsandDisplacementFieldsinPermafrostRegions作者：王涛导师：周国庆教授中国矿业大学二○一五年六月中图分类号TU445学校代码10290UDC624密级公开中国矿业大学博士学位论文多年冻土区路基随机温度场及变形场分析模型研究StudyontheAnalysisModelofStochasticTemperatureFieldsandDisplacementFieldsinPermafrost

2、Regions国家重点基础研究发展计划(973)(2012CB026103)国家高技术研究发展计划(863)(2012AA06A401)资助国家高等学校学科创新引智计划项目(B14021)国家自然科学基金面上项目(41271096)作者王涛导师周国庆教授申请学位工学博士培养单位深部岩土实验室学科专业岩土工程研究方向冻土力学与工程答辩委员会主席乔春生教授评阅人学校送审二○一五年六月论文审阅认定书研究生王涛在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相

3、关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢本文是在导师周国庆教授的悉心指导下完成的，从论文选题、论文撰写、到最终定稿，无疑都倾注着恩师的心血和关怀，点点滴滴、恍如昨日。师从五载，收获颇丰，感触良深，周老师优秀的做人品质，严谨的治学态度，开阔的学术视野，独特的人格魅力，超前的学术思想，忘我的工作精神给学生树立了良好的榜样。每当我不自信与迷茫的时候，导师总能给予耐心指导和鼓励，犹如一盏明灯，引导着我的科研之路。值此博士论文完成之际，谨向导师表示最衷心的感谢和最诚挚的敬意！感谢团队马金荣教授、刘志强教授、周金生老师、赵光思老师、梁恒昌老师、商翔宇老师、李亭老师、

4、王建州老师、周扬老师、赵晓东老师、王义江老师、况联飞老师、刘明老师、王博老师、陈拓老师、朱启银老师等对我博士期间的关心与帮助！特别感谢同门夏利江博士、阴琪翔博士、刘宇翼博士等在项目研究及论文撰写过程中的无数次讨论！特别感谢好友王勇博士、许大晴硕士给予学习及生活上帮助！感谢五年来师兄弟们的支持和帮助，他们是陈国舟博士、陆勇博士、陶翔令博士、殷勇博士、汪平生博士、周檀君博士、赖泽金博士、李瑞林博士、季雨坤博士、万腾飞硕士、商晓硕士、陈阳光硕士、吴超硕士、毋磊硕士、王留东硕士、李隆吉硕士、郭强硕士、王英杰硕士、鲍强硕士、熊玖林硕士、刘珊硕士、朱坤朋硕士、路贵林硕士、姜雄硕士、路庆涛硕士、

5、朱宝磊硕士、李幸福硕士、郑秀忠硕士、杨晨硕士、陈鑫硕士、梁亚武硕士、陈鹏硕士、黄凌硕士等。感谢培养我九年的母校—中国矿业大学！感谢深部岩土力学与地下工程国家重点实验室给予的优秀学术环境和实验条件！深深感谢父母、弟弟、奶奶、二叔、三叔、大姑多年来对我的支持，愿他们身体健康、事事顺心！最后衷心感谢爱人滕腾女士多年来对我关心与理解！论文研究工作还得到了国家重点基础研究发展计划(973)(2012CB026103)、国家高技术研究发展计划(863)(2012AA06A401)、国家高等学校学科创新引智计划项目(B14021)、国家自然科学基金(41271096)的资助，在此深表感谢！王涛2

6、015年4月于南湖深部实验室摘要多年冻土区公路及铁道工程路基热-力稳定性问题是一个亟待解决的工程难题，国内外学者对其进行了大量的研究，但考虑参数随机性的研究较少。与一般岩土工程中存在诸多不确定性因素类似，对于冻土工程，由于冰的存在，其工程性质复杂而特殊，表现出很强的离散性和随机性。为此，本文以多年冻土地区路基为研究对象，考虑冻土热力学参数的随机特性，采用理论分析与数值计算相结合的方式，建立典型路基随机温度场、随机变形场及随机应力场分析模型，为青藏高原多年冻土路基工程长期稳定性及可靠性评价提供依据。首先，引进随机场及其局部平均理论对冻土土性参数进行随机场描述与离散，提出实用性更广的三

7、角形单元局部平均法。研究结果表明：随机场描述方法能合理考虑土性参数空间上的变异性；土性参数模拟为随机场和随机变量获得的均值结果相同，模拟为随机变量获得的变异性偏高；传统四边形单元局部平均法中，被包含的两个三角形单元数字特征不一定相同，且不等于包含的四边形随机场单元的数字特征，将其应用于三角形单元有限元法存在偏差；三角形单元局部平均法能与三角形单元有限元法完美结合，随机场单元与有限元单元对应关系清晰，操作方便，易于编程。其次，将多年冻土地区路基上边界条件模拟为随机过程，