基于动荷载作用下高温冻土路基动力响应分析

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1、中国科学院寒区旱区环境与工程研究所硕士学位论文动荷载作用下高温冻土路基动力响应分析姓名：施烨辉申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：何平20060501动荷载作用下高温冻土路基动力响应分析施烨辉(中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土国家重点实验室．兰州730000)摘要我国寒区大部分公路铁路通过高温冻土区，路基沉降变形除了冻土热融沉降外，还有很大一部分来自列车动荷载。本文通过对不同围压、激振频率、温度和含水量的冻土体进行动力测试，分析结果得出如下结论：动荷载下冻土体弹性模量受温度影响较大，随温度升高丽降低，随围压波动起伏呈增大趋势，随激振频率增大而增大，与相同条件

2、下静弹性模景相比，动弹性模量比较大。冻土体的动阻尼比随频率的增加或温度的降低而减小。应变速率在土体变形初始比较大，而后逐渐趋于稳定。试验验证了围压对高温冻土的作用是双重的这一结论：压力密实和压力融化作用。之后，本文利用这些参数，结合土动力学和有限元相关理论，以高温冻土路基为几何模型(地表下两米为多年冻土上限)，利用有限元软件ADINA8．1计算分析了动荷载下几种高温冻土路基模型(计算模型路基，结论中简称为“路基”)的力学特性，得出以下结论：1．路基两侧大致15m内，路基中心地表下5m以上最大剪应力衰减明显，是列车动荷载影响区域。2．路基中心地表下部2m处高温冻土若有融化

3、，则列车动荷载作用下，对路基竖向位移影响比较明显。3．在列车动荷载作用下，路基中心地表下lm处是否有一薄饱水层(20cm)。对路基竖向位移影响不明显。4．若冬季天然地表下部均冻结，则列车动荷载作用下，路基竖向位移比较小，但动应力作用深度更深一些。5．列车动荷载作用下路基变形一般为弹性变形，当出现较大的冲击力时，路基会发生塑性变形；瞬时荷载作用下，多年冻土区地表下5m以下均无塑性变形发生。关键词：高温冻土动荷载动弹性模量阻尼比动力响应StudyontheDynamicResponseofHigh—temperatureFrozenSoilRoadbedunderDynam

4、icLoadSⅢYbhui(StateKeyLaboratoryofFrozenSoilEngineering，ColdandAridRegionsEnvironmentalandEngineeringResearchInstitute，ChineseAcademyofSciences，Lanzhou730000)AbstractInchinamostpartofhi曲way／railwayinthecoldregionpassthroughthehightemperaturepermafrostregion，whichmearlsthesattlementanddef

5、ormationoftheroadbedarecausedbythethawofthepermafrostandaswellasthemotorvehicleload．Accordingtotheanalysisoftheresultsofthedynamicteststothepermafrostunderdifierentpressure，frequency,temperatureandwatercontent，thefoIlowingconclusionsCallbeacquired：theelasticmodulusofthepermafrostunderdyn

6、amicloadiSinfluencedmestbythetemperature．decreasingwhenthetemperaturerises．Besides，thedynamicelasticrooduiUSoftheDe玎na6rostincreaseswiththeincreaseofthefrequencyandthepressure．ThedynamicelasticmodulusiShigherthanthestaticoneunderthesamecondition．Thedampingproportionofthepermafrostdecreas

7、eswiththeincreasingofthefrequencyandthedecreasingofthetemPCra．tore．Thestrainratioinitiateshighlyduringthedeformationandthontendstostabilizationgradually．ExperimentshaveprovedthatthepreSsureiSofdoubleeffeCtofdensenessandthawtothehightemperaturcperma舶st．Funhermore．byusingth