文档介绍：长安大学
硕士学位论文
季节性冰冻地区水泥混凝土道路冻深研究
姓名:陆鹿
申请学位级别:硕士
专业:道路与铁道工程
指导教师:毛雪松
20100602
摘要温度是土体中水分迁移的动力和水分发生相变的决定因素,直接影响着路基的季节性冻结和融化。路基温度场和道路冻深的分布规律,对进一步开展季节性冰冻地区路基稳定性具有重大意义。本文以季节性冰冻地区的水泥混凝土道路作为研究对象,进行路基温度场的现场测试与数值模拟,并建立不同路面结构组合下的水泥混凝土路面道路冻深模型,研究冻深的分布规律,取得了以下研究成果:建立了不同边界条件下伴有相变的非稳态温度场模型,根据“附面层原理’’提出第一类边界条件的确定方法;基于太阳辐射作用转化为热流密度边界条件、地气间的温差以及风速风向作用转化为对流换热边界条件确定第二、三类边界条件。结合黑龙江鸡讷公路路基温度场测试数据,分析了季节性冰冻地区路基温度场的变化规律。应用伴有相变的非稳态温度场模型,对测试断面分别进行了第一类边界条件和第二、三类边界条件相叠加的情况下路基温度场的数值模拟,结果表明第二、三类边界条件下的温度场计算结果更接近实测值。针对海拉尔、哈尔滨、二连浩特和阿勒泰四个地区的典型水泥混凝土路面结构,在第二、三类边界条件下,计算了水泥混凝土道路冻深。分析了地理位置、路面结构和路面厚度对冻深的影响规律。基于现有气象资料,选取个典型季节冰冻地区,在第二、三类边界条件下,计算了典型水泥混凝土路面结构的冻深,并分析了边界条件对冻深的影响。基于个典型季冻区的道路冻深,应用克里金插值法,绘制了水泥混凝土路面道路冻深等值线图。关键词:季节冰冻地区水泥混凝土路面现场测试温度场道路冻深
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本文受到国家自然科学基金、西部交通建设科技项目陕西省自然科学基金:献手,,、
第一章绪论研究目的和意义地表层土冬季冻结,夏季全部融化的土叫季节冻土,这些地区叫季节性冻土地区,简称季冻土和季冻区。季节冻土层主要通过秋冬季节负地温条件下地表与大气的热量交换形成。由于季节冻土层处于地表层,故该层的季节冻结、融化都与人类的生产活动密切相关。我国季节性冻土分布广泛,面积约为,⒒,秋冬季温度降低,土中水分迁移冻结成冰导致道路发生冻胀;而在春融期,由于气温升高,土体中的冰融化成水,引发翻浆等病害。水泥混凝土路面,由于路基不均匀变形引起的病害类型主要有裂缝类莺嵯蛄逊臁⑼呀徊裂缝等⒈湫卫唧泥、错台、拱起和沉陷等⒍习謇嗟绕苹怠O钟凶柿媳砻鳎坊的季节性冻结和融化引起的路基不均匀变形已成为季节性冰冻地区路面结构早期破坏的重要原因之一。路基的季节性冻结和融化都与温度的变化密不可分,温度是土体中水分迁移的动力和水分发生相变的决定因素,故分析季节性冰冻地区路基土体温度的分布和变化规律,确定道路冻深,对进一步开展季节性冰冻地区路基稳定性的研究工作具有重大意义。图我国季冻土分布图长安大学硕士学位论文
舶彤枷在季节性冰冻地区,对于中湿和潮湿路段的路面结构,增设防冻层是防止路面冻胀破坏不可缺少的技术措施。一般来说,对冰冻地区路面防冻层的设计是路面强度计算之后,必须进行的一项补充设计内容。因此,在进行路面结构设计时,引入了道路防冻厚度的概念。道路的防冻厚度为按强度计算所确定的路面厚度与防冻垫层厚度的总和。我国路面设计规范中规定,路面防冻厚度主要根据已知道路冻深查相应推荐值表得到。表甀芯倭肆で嗦访嫦嘤Χ成畹淖钚》蓝澈穸韧萍鲋怠在进行路面的防冻垫层设计时,先计算满足强度要求的具体路面厚度的道路冻深,然后根据基层材料、路基土质和潮湿状况,查表即得所需设置的防冻厚度。当路面按强度计算所得厚度小于表所列时,采用防冻垫层补足。道路冻深的确定将对防冻成效产生较大影响。由于路面结构层的不同导致地表层与大气圈之间热量交换的差异,使得季节冻土层的厚度产生较大变化。在进行道路防冻厚度设计时,针对具体路面结构道路冻深进行防冻厚度的设计更为合理。道路结构作为交通运输系统的重要组成部分,不仅要满足车辆荷载的要求,又要承受环境因素的影响,如太阳辐射、气温、风、雨等的作用。然而季冻区由于年最大最小气温之间的差值较大,对道路结构设计与材料选择的要求则更高。因此,为了保证季冻区道路的长期使用性能,需对自然气候条件下的道路结构温度场进行有效地预测,确定不同路面结构下的道路冻深。表沥青路面最小防冻厚度推荐值工业废料类潮湿类型中湿土质粘性土、细亚砂土粉性土道路冻深基层、垫层类型砂石类稳定土类第一章绪论—幻石击..≤—一
国内外研究现状帽淞拷换磺蟪隽薃如目前,国内外众多学者对季冻区路基冻胀融沉引起的道路病害类型和机