文档介绍：博士学位论文
季节冻土冻融损伤及高路堑边坡
抗融沉滑塌研究
RESEARCH ON FREEZE-THAW DAMAGE OF
SEASONALLY FROZEN SOIL AND RESISTANCE
TO THAW-SETTLEMENT COLLAPSE
OF HIGH CUT SLOPE
于皓琳
哈尔滨工业大学
2011 年 7 月
国内图书分类号:TU445 学校代码:10213
国际图书分类号:624 密级:公开
工学博士学位论文
季节冻土冻融损伤及高路堑边坡
抗融沉滑塌研究
博士研究生:于皓琳
导师:徐学燕教授
申请学位:工学博士
学科:土木工程
所在单位:土木工程学院
答辩日期:2011 年 7 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index: TU445
: 624
Dissertation for the Doctoral Degree in Engineering
RESEARCH ON FREEZE-THAW DAMAGE OF
SEASONALLY FROZEN SOIL AND RESISTANCE
TO THAW-SETTLEMENT COLLAPSE
OF HIGH CUT SLOPE
Candidate: Yu Haolin
Supervisor: Prof. Xu Xueyan
Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering
Speciality: Civil Engineering
Affiliation: School of Civil Engineering
Date of Defence: July, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
季节冻土区冬季土体冻结膨胀,春季冰晶融化在冻融交界面形成富水带,
高速铁路、公路的路堑边坡不断发生冻融滑塌工程灾害事故,造成了重大经济
损失。开展季节冻土区边坡冻融滑坡机理的基础性研究,寻求一种全新且有效
的防止季节冻土层边坡冻融滑塌的工程技术,减少寒区边坡冻融坍滑病害的发
生,减少灾害损失,是冻土工程学科的前沿课题,面对我国铁路、公路交通事
业迅猛发展,也是国民经济发展的需求。
本文在系统查阅国内外相关资料基础上,开展了 500 个原状土试样(失败
86 个)的冻融三轴试验,一是寻求冻融作用对土体结构的损伤过程、损伤机理,
提出损失率的定义与计算公式,建立冻融土损伤模型以及验证工作;二是通过
不同方法试验结果的对比认识到排水是解决富水带交界面滑移的最有效途径,
提出多层水平排水管技术防治边坡冻融滑塌的思想,完成了相关室内试验;三
是利用有限元计算将新技术与目前设计单位采用的措施对比稳定安全系数、水
平位移等关键数据,确立了该技术的设计方法与稳定性分析计算公式,最后在
哈尔滨至大连高速铁路路边边坡工程试验,实时监测数据验证该技术的优越性
与良好的工程效益。
论文得到了如下研究成果:
1. 通过不同冻融次数(1~9 次)、5 个冻结温度、6 个融化温度、不同补水
条件,3 种试验方法的原状土试样冻融—三轴试验,确定了不同试验条件下原
状土抗剪强度指标 C、φ的冻融损伤的变化规律。冻融次数增加抗剪强度指标
变化幅度增大,7 次冻融循环后二者数值趋于稳定;冻结温度越高、初始含水
率越高、水分补给越充足原状土的抗剪强度指标损伤变化幅度越大。得到了各
影响因素与原状土抗剪强度指标的量化关系,提出了土样 C、φ与冻融次数、
冻结温度和初始含水率之间的数学计算关系式。
2. 试验结果确定冻融损伤作用可使土体粘聚力减小 45%,内摩擦角略微增
长,使土体抗滑力大幅下降,得到了冻融损伤机理:“土体化学晶格键冻胀破坏”、
“微小土块压密体”,季节冻土区土质路堑边坡冻融滑塌的机理:“冰质小滚珠
效应”和“融化水润滑作用”。
3. 分析了不同冻融次数、不同冻结温度和不同围压应力条件下冻融损伤试
样土的应力—应变曲线的变化规律,提出了初始切线模量损失率和最大偏应力
损失率的定义,根据定义引入了双损伤因子,建立了土的冻融损伤模型,试验
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