凍土抗剪強度的數(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”的特點使凍土地區(qū)土體情況更為復(fù)雜。我國有大量土木工程修建于凍土地區(qū)，對凍土的物理力學(xué)特性如強度認識不足會導(dǎo)致潛在的凍土工程風(fēng)險。
　　本文以Mohr-Coulomb抗剪強度準則為基礎(chǔ)，著重研究凍土的抗剪強度指標(biāo)（粘聚力c和內(nèi)摩擦角ψ）與溫度、含水率、凍融循環(huán)、圍壓及動荷載等因素的關(guān)系，并針對不同土

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

3、剪強度隨著凍融次數(shù)的增加而減小，一定循環(huán)周期后趨于穩(wěn)定;圍壓的高低與強度的大小呈拋物線關(guān)系;動荷載作用下強度大小受溫度、圍壓、頻率的共同影響。
　　2、基于大量的凍土抗剪強度實驗數(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度參數(shù)之間的關(guān)系，針對不同土類建立了相應(yīng)的凍土抗剪強度擬合公式，并對其適用性進行了評述。
　　3、以哈齊高鐵為背景，運用Comsol Multiphysics軟件對凍土路基水熱場進行數(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)部凍脹量的變化滯后于地表氣溫的變化;分別以不同月份的水熱場為初始狀態(tài)，基于建立的凍土抗剪強度擬合公式，應(yīng)用于路基斷面不同的土層，分析不同時間點路基的穩(wěn)定性，得出在氣溫較低時安全系數(shù)相對較高，在凍融循環(huán)作用下安全系數(shù)會逐漸降低，一定次數(shù)后強度趨于穩(wěn)定的結(jié)論。對路基安全系數(shù)的因素敏感性進行了研究，高溫凍土?xí)r，安全系數(shù)對溫度的敏感性高于含水率，低溫凍土?xí)r正好相反，同時安全系數(shù)對凍融作用的敏感