季节性冻土高铁路基冻胀融沉仿真.doc

季节性冻土高铁路基冻胀融沉仿真冻土对温度变化极其敏感,各方面性质受外界温度变化影响较大。在季节性冻土区,冬季寒冷高铁路基常产生冻胀变形,而春季温暖路基又会产生融沉变形,路基这种反复冻胀融沉变形会导致路基发生不均匀沉降,进而引起轨道不平顺、翻浆冒泥等冻害,严重威胁高铁的运行安全。为了保证路基的稳定性,研究季节冻土区土体的冻胀机理、影响因素和有效的防冻胀措施十分重要。本文以哈齐客运专线为工程背景,通过有限元仿真计算分析路基温度场和变形场分布规律,进而研究泡沫混凝土保温板对路基温度场和变形场的影响。本文主要内容及研究成果包括:(1)结合现场地温和冻胀量实测数据,研究了季节性冻土区高铁路基温度场和变形场的时空分布规律。路基冻融循环过程中,路基不同深度处的地温在大致呈余弦函数分布,地温振幅随深度增加而逐渐减小,且相位滞后。路基冻结初期,路基冻胀量增长较快,随后冻胀速率变小,冻胀量增长变缓,在冻胀量达到最大值后迅速减小。(2)基于建立的温度场-变形场耦合的有限元模型,分析路基表面冻胀量随冻结深度变化的规律和冻胀率沿冻结深度方向的分布规律。路基表面冻胀量和冻结深度的变化趋势一致,冻胀量随冻结深度增加而变大。(3)冻胀率沿冻结深度方向非均匀分布,最大冻胀率不是在路基表面,而是出现在路基表面至2/3最大冻结深度范围,该深度范围内的冻胀量占路基表面总冻胀量的80%~90%。(4)研究铺筑泡沫混凝土保温板后路基温度场和变形场的分布规律,分析保温板对地温和路基冻胀变形的影响。铺筑保温板后,路基温度线得到提升,冻结深度明显减小;路基冻融循环周期缩短,路基表面冻胀量减小。计算的结果表明泡沫混凝土保温板的防冻胀效果明显。