【博士】多年冻土区水泥混凝土路面材料性能及结构对策研究【2008】

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内容简介

　　学科专业：道路与铁道工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：东南大学　　学位年度： 2008年　　多年冻土地区道路修筑一直被视为世界性的难题，对于多年冻土区的水泥混凝土路面而言，路面材料和结构的适应性成为制约其在多年冻土区应用的主要问题。本文在多年冻土区水泥混凝土路面调查的基础上就上述问题进行了深入的研究和探索。　　首先通过模拟试验，研究了野外实际温度条件下水泥混凝土抗弯拉强度的发展规律及提高混凝土早期强度的主要措施。对引气混凝土的各项耐久性能进行了试验研究，综合各试验结果总结了引气混凝土在高原多年冻土区应用的大致含气量范围。　　多年冻土区水泥混凝土路面下的温度场是研究多年冻土区水泥混凝土路面结构的适应性问题的基础。本文首先现场实测了水泥混凝土路面及沥青路面的太阳辐射反射系数，并结合冻土的稳定性分析太阳辐射对不同路面类型冻土稳定性的影响。应用太阳辐射数据及大气温度数据对路面温度进行反演，反演结果可以作为温度场分析时路表温度边界条件的推算方法。选取三种不同冻土断面类型，并以温度观测数据为基础，建立了水泥混凝土路面下温度场有限元分析模型，计算了不同冻土断面类型、不同路面类型、不同路堤高度的温度场，分析了气候逐年变暖对路面下温度场的影响。　　根据计算结果推导了不同冻土断面类型时水泥混凝土的路堤临界高度。　　多年冻土区水泥混凝土路面下的变形是决定水泥混凝土路面是否适应的主要因素，本文首先分析了多年冻土路基的变形组成及计算方法，然后在多年冻土区水泥混凝土路面下温度场有限元计算结果的基础上，计算了不同冻土断面类型、不同路堤高度的水泥混凝土路面下的路基变形，并研究其随运营时间的变化规律，找出了各自的最大不均匀融沉变形值及总变形值。　　首次提出了采用碎石层缓冲多年冻土区不均匀融沉变形的思路，设计了模拟试验方法，并运用自行设计的碎石层模拟差异沉降试验箱及二次松散系数测试箱进行试验。分析了碎石层缓冲差异沉降能力的机理，找出了影响碎石层缓冲差异沉降能力的主要因素。从力学角度对碎石层缓冲差异沉降能力进行了计算，证实了碎石层不但可从变形上消除差异沉降，而且可以减小路面结构在差异沉降发生时产生的附加应力。首次设计了多年冻土区碎石层发挥变形缓冲能力的厚度曲线，应用该曲线，可以根据不同冻土类型及路堤高度确定适宜的碎石层厚度。首次提出在多年冻土区综合利用碎石层变形调节能力及主动降温能力的方案。在碎石层的组成设计中综合考虑两种有益功能进行设计。　　计算了按照不同冻土地区、不同路堤高度、不同碎石粒径确定的发挥碎石层两种功能的推荐厚度表。　　为尽量提高水泥混凝土路面整体结构层对不均匀融沉变形的抵抗能力或适应能力，首先提出在不稳定冻土段对混凝土路面配筋的原则，并根据不均匀融沉段的受力特点进行分析计算，推导了抵抗融沉变形的配筋计算方法。然后提出减小水泥混凝土板块尺寸以适应下部较大的融沉变形的方案，研究了板体尺寸、板体厚度与基层模量、挠度、应力的关系。分析了水泥混凝土预制块路面在多年冻土区应用的主要优势及注意事项。最后总结了多年冻土区水泥混凝土路面的选用原则。　　本文的研究成果可为多年冻土区水泥混凝土路面的设计、施工、与监测提供参考价值。　　

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