路基温度场、湿度场耦合作用计算模型

根据傅里叶定律和达西水分传导定律导出潮湿路基温度场与湿度场耦合作用的一维计算模型，将冻土区与未冻土区统一起来，利用显热容法处理冻土复杂的相变问题．该法可用于公路路基温度场和湿度场的预测及路基路面工程结构防冻设计之中．     

基于熵权-TOPSIS法的不同基层沥青路面抗裂效果研究

为了解决季冻区沥青路面的反射裂缝问题,以路基路面工程、计算机科学为基础,通过对沥青路面反射裂缝病害影响因素分析,得到不同的基层模量是影响反射裂缝主要诱因之一;运用Abaqus有限元分析法,根据建立的沥青路面温度-荷载耦合场模型,对不同基层模量的应力云图进行分析,最终得到应力强度因子时间曲线;运用熵权-TOPSIS法,对半刚性、柔性、半柔性3种不同模量基层的沥青路面抗裂性能进行评价,结合干缩试验和冻融试验,得到在季冻区的特殊气候下,半柔性基层沥青路面能够有效抵抗沥青路面的反射裂缝,从而为沥青路面防治裂缝的产生提供新的解决办法。     

季节冻土区长期交通荷载下公路路基永久变形特性

为研究季冻区公路路基在长期交通荷载作用下永久变形的累积规律,首先基于室内试验获取的路基融土永久应变经验公式,提出季节冻土区路基永久变形计算步骤;并通过建立的基层-路基-地基有限元模型,研究汽车轴型、后轴轴重、行车速度和路基融化厚度对正常期和春融期路基应力比和永久变形的影响.计算结果表明:正常期路基的应力比随着埋深的增加逐渐减小,融化路基应力比较正常期大,冻结路基内较正常期小;六轴汽车产生的永久变形大于其他4种轴型汽车;路基内的应力比和永久变形随后轴轴重和路基冻融影响厚度的增加而显著增大;行车速度越低,路基内应力比和永久变形越大.据此提出了季节冻土区长期公路交通荷载作用下路基永久变形预测公式.     

道面结构不均匀冻胀水热耦合模型试验及现场验证

为更加全面客观地认识机场道面结构的温度场、水分场及其耦合作用的基本规律,为季冻区机场道面结构不均匀冻害的防治提供理论依据和措施建议,设计道面结构不均匀冻胀水热耦合模型试验箱,开展外部水分渗入道肩试验和道面结构不均匀冻胀水热耦合模型试验,并利用现场冻胀量监测结果验证了模型的可靠性和适用性.结果表明:模型试验直观地模拟了跑道与道肩冻胀错台现象,阐明了其产生的原因和机理;揭示了机场道面结构温度场、水分场及其耦合作用的基本规律;外部水分入渗对机场道面结构水分场重分布有较大影响;机场道面结构的不均匀冻害是其内部水热耦合作用的产物,降温速率和温度梯度影响冻结时的水分积聚和迁移,反过来水分的重分布也影响温度的传递.采用室内缩尺物理模型试验和现场监测相结合的研究思路和实施方法不仅为季冻区建筑物不均匀冻胀问题的防治提供了理论基础,也丰富了人们探索水热耦合规律的方法,具有一定的参考价值.     

季冻区高速公路路基冻害调查及试验观测研究

本文在对吉林省几条高速公路进行的野外冻害调查、现场观测和室内冻胀、水分迁移模拟试验的基础上,依据所取得的野外资料和室内试验成果数据,对季冻区高速公路路基冻害的原因和影响因素进行分析和探讨;在冻害与水分关系、路基冻害水分来源、水分迁移特征以及由于路面底基层二灰土性能恶化失效导致的道路翻浆等问题进行了深入研究。同时利用本项目综合研究的特点,将竖管法毛细水沿高度分布的研究资料与由冻胀试验揭示的各种冻胀率—含水量变化规律有机结合起来进行分析,从而得到了毛细水冻害有效高度,这对公路路堤最小高度设计和挖方段防冻处理深度设计等防冻措施的采用都有实际意义。本文结合工程实际得出的结论,对季冻区道路路基勘察、设计、施工和维护都具有一定的参考借鉴价值。     

低功耗蓝牙在季冻土路基温度测试中的应用

季冻区路基由于冻融循环产生的灾害日益严重,土体内部温度作为致灾因素不容忽视,针对有线线材对于土体本身的影响、测试设备在现场安装的繁琐以及测试装置的暴露问题,采用低功耗蓝牙技术,设计了一种基于低功耗蓝牙的无线小尺寸温度检测装置,可以对路基温度进行实时采集,传感器大小仅为2.5 cm×2.5 cm×0.5 cm,可忽略测试中的尺寸效应;利用手机作为无线接收平台,免除了有线、有源测试的不便;编写了专门的APP,可根据需要设置采样的开始停止及采样频率,使传感器智能化;直接埋置于路基土中,在埋深30 cm位置接收信号稳定良好;传感器测温范围为-40℃~125℃,实现了对季冻区环境温度的全覆盖.该装置实现了对隐蔽工程内部物性参数的动态、无损检测.测试结果表明,该测试装置稳定可靠、测试结果真实可信、测试手段简便易行,且耐腐蚀、能耗低,具有应用前景和推广价值.     

路基温度场、湿度场耦合作用计算模型

根据傅里叶定律和达西水分传导定律导出潮湿路基温度场与湿度场耦合作用的一维计算模型,将冻土区与未冻土区统一起来,利用显热容法处理冻土复杂的相变问题.该法可用于公路路基温度场和湿度场的预测及路基路面工程结构防冻设计之中.     

公路排水设计

公路基、路面排水不畅,往往导致公路的水损害,但由于地域环境、土质、降雨、交通等诸多方面的差异,采用的路基路面排水方案也各有不同;在公路建设中,必须充分考虑水对公路的危害,在设计和施工中要重视路基路面排水设计,并不断完善排水系统,以全面提高公路的使用寿命。     

冻土路基温湿度无线监测系统

季冻区路基在冻融作用下常常发生冻胀、融沉等病害,其中路基土的温、湿度水平是致灾的重要因素。针对现有监测手段单一,路基温、湿度全时空监测困难等问题,利用远程无线传输技术,设计了一种基于GPRS(通用分组无线服务)通信技术的季冻土路基温、湿度双参数监测系统,可以实时监测路基温、湿度变化。系统采用土壤专用的温、湿度传感器作为采集终端;以STC89C52单片机作为主控制器,通过编辑AT指令控制GPRS连通网络和数据收发,实现温、湿度数据远程传输和存储。经实际验证该系统采集精度高、稳定可靠、操作方便,可实现对季冻土路基内部温、湿度的实时无损监测。     

冻融循环下路基土冻胀率与塑性指数相关性研究

取季节性冻土区3种不同塑性指数路基土,通过对室内制备的试样在经历0～8次完整冻融循环过程后,统计试件体积冻胀率及高度冻胀率,得出如下结论:冻胀率随冻融循环次数增加而增大,相同冻融循环次数条件下,冻胀率随塑性指数增加而增大.对试验数据进行多元非线性拟合,建立不同塑性路基土冻胀率与塑性指数及冻融循环次数关系,拟合效果理想,可为缺乏冻胀率资料的季冻区路基设计及施工提供参考.     

季节性冻土地区基础浅埋问题

对季节性冻土地区基础浅埋的必要性做了明确的论述。     

U形玻璃钢渠道抗冻胀效果数值模拟

为研究U形玻璃钢渠道在北方季节性冻土区的抗冻胀效果,采用有限元分析软件ANSYS对玻璃钢渠道的温度场和位移场进行模拟分析,研究了衬砌板的冻胀变形.结果表明：与混凝土渠道相比,玻璃钢渠道能使衬砌板的冻胀变位值更加均匀,冻胀不均匀程度也较小,且玻璃钢材料本身具有良好的韧性,适应变形的能力很强,具有良好的抗冻胀效果,值得推广.     

季节性冻土区冻胀对桩长的影响

论述季节性冻土区,由于桩周土质不同冻胀对桩长的影响。     

季节性冻土路基变形监测及其稳定性分析

季节性冻土地基具有冬季冻胀、春季融沉的特性,在其上修筑的路基通常产生沉降和滑移变形,最终导致路基失稳.基于上述原因,通过介绍季节性冻土路基冻胀和融沉产生的机理,以及季节性冻土路基变形监测的原则和内容,并结合墨脱公路的监测结果对季节性冻土路基的稳定性进行分析评价.该研究对季节性冻土路基的设计、施工及稳定加固具有重要的指导意义.     

间歇冻结控制人工冻土冻胀的试验研究

土体冻胀容易引起地表产生不均匀变形，因此控制冻胀的产生和发展始终是人工冻结技术的重要课题．通过试验比较了人工冻土在连续冻结模式、控制时间的间歇冻结模式和控制深度的间歇冻结模式下，土体冻胀的发展变化规律及冻胀控制与冻结模式之间的关系．结果表明：与连续冻结和控制时间的试验相比，在冻结锋面趋于稳定和温度梯度趋于恒定前，采用控制冻深的间歇冻结模式能够有效地抑制人工冻土冻胀的发展，冻胀量仅为连续冻结模式的19．8％；不同的变温起始时间对冻土冻胀控制的效果不同，在冻结过程刚刚进入拟稳定阶段时，迅速改变冷端温度，将使土样内的温度场不能达到稳定状态，从而推迟起始冻胀的时间，抑制冻胀的产生．     

正冻土中的水热耦合模型

根据温度梯度诱导薄膜水迁移的冻胀机理,建立了模拟标准样品无盐土冻胀过程的水热耦合模型。模型需要输入的参数包括：干密度、含水量、孔隙度、未冻水含量（－1℃)、导 热系数、渗透系数及边界温度条件、冻结周期和时间步长等。计算结果包括：冻胀量、冻结深度、冰分凝温度、冻结缘厚度。通过与实际冻胀实验结果比较,模型所预测的冻胀量和浆深与实测值相差分别为1.12%-15.77%和5.38%-10.35%,冻结缘的厚度变化在时间上有三种方式：即持续增大、 增大后逐渐减小、增大后相对稳定。     

人工冻结土体冻胀规律分析

在介绍人工冻结土体冻胀特性及阐述冻胀机理的基础上,分析了影响土体冻胀的诸多因素,以便更好的在市政工程中建设地下仓库、地铁硐室以及进行深基坑支护等。     

单向冻结条件下扩底桩抗冻拔能力试验研究

采用单向冻结的方法,针对季节冻土区扩底桩的抗冻拔能力开展了室内试验研究。试验分别选取不同扩角（无扩角直桩、45o,60o 和70o）, 不同埋深（240mm,290mm和340mm）,及不同扩底直径（74mm,98mm和114mm）的扩底桩进行。实验结果表明,三组试验的最终冻结深度分别为19.51cm,14.36cm和14.80cm。不同扩角扩底桩的最终冻拔量基本相同,且仅为直桩的28.3%,扩底桩的最终冻拔量随着埋深的增大并非按照比例减小,但随扩底直径的增大基本按比例减小。桩的冻拔位移幅度随冻结深度的增大呈先增大后减小的趋势,且和土体的冻结速率呈负相关关系。直桩的冻拔速率随冻结深度先增大后迅速减小,而扩底桩的冻拔速率随冻深呈先增大后稳定减小的趋势。土体冻胀在桩的约束下呈漏斗形,扩底桩对桩侧土的约束冻胀明显强于直桩,间接说明了扩底桩的抗冻拔能力优于直桩。考虑冻结过程中土的冻结速率和桩的冻拔量变化规律,提出了桩的抗冻拔因子作为桩抗冻拔性能的评判标准,对不同影响因素下扩底桩的抗冻拔效果进行分析,结果表明扩角对桩的抗冻拔能力影响较小,增大桩的埋深和扩底直径可提高桩的抗冻拔能力。综合比较,影响扩底桩抗冻拔性能最主要的因素是扩底直径,其次为桩的埋深,影响最小的是桩的扩角大小。试验结果及分析可为季节冻土区扩底桩的抗冻拔设计及理论计算提供参考。     

基于水动力学模型冻土冻胀数值模拟的改进

基于水动力学冻胀模型。对变化的边界条件下土体的冻胀量进行了大量计算．结果表明；由于水动力模型的控制方程中耦合源项在计算迭代步之内总是被不合理地估算，易于产生数值振荡以致整个计算难以收敛；利用土壤冻结特性曲线及计算出的负温和未冻水含量之间的特定关系，可以明确判断出迭代步计算所得耦合源项变化是偏大或偏小．据此，本文提出在迭代步内直接对含冰量变化进行合理修正的改进算法，并编制了基于有限体积法的自调节时间步长计算程序．该算法能够加速收敛、消除数值振荡，且与实测结果相当吻合，适用于复杂多变边界条件下土体的冻胀计算．