凍土抗剪強(qiáng)度的數(shù)值回歸模型研究及其在凍土工程中的應(yīng)用.pdf

1、凍土主要分布于我國(guó)中北部地區(qū)及青藏高原地區(qū)，主要分為多年凍土和季節(jié)性凍土，凍土是由土顆粒、水、冰、空氣組成的四相復(fù)雜體系，其“冬凍夏融”的特點(diǎn)使凍土地區(qū)土體情況更為復(fù)雜。我國(guó)有大量土木工程修建于凍土地區(qū)，對(duì)凍土的物理力學(xué)特性如強(qiáng)度認(rèn)識(shí)不足會(huì)導(dǎo)致潛在的凍土工程風(fēng)險(xiǎn)。
　　本文以Mohr-Coulomb抗剪強(qiáng)度準(zhǔn)則為基礎(chǔ)，著重研究?jī)鐾恋目辜魪?qiáng)度指標(biāo)（粘聚力c和內(nèi)摩擦角ψ）與溫度、含水率、凍融循環(huán)、圍壓及動(dòng)荷載等因素的關(guān)系，并針對(duì)不同土

2、類建立了相應(yīng)的凍土抗剪強(qiáng)度擬合公式。在此基礎(chǔ)上，以哈齊高鐵路基為研究對(duì)象，采用Comsol Multiphysics軟件進(jìn)行基于水熱場(chǎng)條件下的路基穩(wěn)定性分析。具體工作內(nèi)容及創(chuàng)新之處如下:
　　1、針對(duì)凍土抗剪強(qiáng)度進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究綜述，總結(jié)了凍土抗剪強(qiáng)度隨溫度、含水率、凍融循環(huán)次數(shù)、圍壓及動(dòng)荷載等因素的變化規(guī)律，結(jié)果表明:溫度越低時(shí)抗剪強(qiáng)度越高;初始含水率較高時(shí)強(qiáng)度隨含水率的增大而減小，初始含水率較低時(shí)強(qiáng)度隨含水率的增大而增大;抗

3、剪強(qiáng)度隨著凍融次數(shù)的增加而減小，一定循環(huán)周期后趨于穩(wěn)定;圍壓的高低與強(qiáng)度的大小呈拋物線關(guān)系;動(dòng)荷載作用下強(qiáng)度大小受溫度、圍壓、頻率的共同影響。
　　2、基于大量的凍土抗剪強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用歸納總結(jié)與數(shù)據(jù)擬合相結(jié)合的方法，得出不同因素與抗剪強(qiáng)度參數(shù)之間的關(guān)系，針對(duì)不同土類建立了相應(yīng)的凍土抗剪強(qiáng)度擬合公式，并對(duì)其適用性進(jìn)行了評(píng)述。
　　3、以哈齊高鐵為背景，運(yùn)用Comsol Multiphysics軟件對(duì)凍土路基水熱場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模

4、擬，得出在低溫環(huán)境下路基的凍脹深度及凍脹量，且土體內(nèi)部?jī)雒浟康淖兓瘻笥诘乇須鉁氐淖兓?分別以不同月份的水熱場(chǎng)為初始狀態(tài)，基于建立的凍土抗剪強(qiáng)度擬合公式，應(yīng)用于路基斷面不同的土層，分析不同時(shí)間點(diǎn)路基的穩(wěn)定性，得出在氣溫較低時(shí)安全系數(shù)相對(duì)較高，在凍融循環(huán)作用下安全系數(shù)會(huì)逐漸降低，一定次數(shù)后強(qiáng)度趨于穩(wěn)定的結(jié)論。對(duì)路基安全系數(shù)的因素敏感性進(jìn)行了研究，高溫凍土?xí)r，安全系數(shù)對(duì)溫度的敏感性高于含水率，低溫凍土?xí)r正好相反，同時(shí)安全系數(shù)對(duì)凍融作用的敏感