季節凍土區道路設定冷阻層治理路基凍害機理研究

《季節凍土區道路設定冷阻層治理路基凍害機理研究》是依託吉林大學，由魏海斌擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：季節凍土區道路設定冷阻層治理路基凍害機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：魏海斌
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

季凍區路基凍害是影響道路安全運營的常見病害，主要由路基土體內部因素和環境外部因素共同作用導致。本課題在已有研究基礎上，提出設定路基冷阻層的新型路基形式，旨在減少路基上部凍結指數、減慢凍結速率、減小凍結深度，改善甚至是避免季凍區路基下部凍脹敏感土的凍結。本項目採用修正Berggren方程推導道路多層結構的凍結指數及冷阻層理論厚度，通過室外凍脹實驗對新型路基結構的保溫性、溫度場和水分場特性進行理論分析，並以二維水、熱輸移控制方程和有限元法對水熱耦合下路基溫度場、水分場進行計算，對多年後的水熱狀況進行預測。同時採用自製的凍融循環試驗機對冷阻層的耐久性作出評價。對於冷阻層的整體穩定性，採用彈性層狀理論，藉助數值分析方法，在最佳厚度的前提下，對半剛性基層在荷載作用下橫豎向變形，底部拉應力進行了分析，從而確保新型路基結構的正常使用。

結題摘要

本項目針對季凍區路基凍害問題，提出設定冷阻層結構來解決凍害問題的思路。從數值計算、試驗研究、理論研究和實體工程套用等方面對冷阻層結構展開研究。數值計算方面，根據收集到的文獻及基礎試驗得到的基本參數，對冷阻層結構進行了理論計算和設計，並結合實際套用背景，給出了結構層最優設計參數；試驗研究方面，開展了橡膠顆粒改良粉煤灰土的配合比試驗研究，得到了改良土的最優配合比。進行了冷阻層室外模型試驗，對設定和不設定冷阻層結構路基結構在經歷一次凍結過程中的結構內部溫度分布進行對不，評價了冷阻層結構的保溫性能。進行了凍融循環條件下的動力回響試驗研究，分析了不同載入頻率、不同載重、不同凍融循環次數下橡膠顆粒改良粉煤灰土和粉質黏土的動力回響規律，結果表明橡膠顆粒改良粉煤灰土適合作為季凍區路基填料。開展了季凍區改良土凍融循環下動回彈模量測定試驗，獲得了改良土隨凍融循環進行動回彈模量的變化規律。進行了季凍區改良土基質吸力測量試驗，得到了改良土凍融循環條件下土水特徵曲線，為後期研究的開展做足準備；理論研究方面，提出了季凍區非飽和土路基的水-熱耦合模型並套用試驗場地的試驗數據對數學模型進行了驗證，證明了本研究數學模型的可靠性，模型考慮了非飽和土的體積含水率，體積含冰率，滲透性，導熱性，冰水相變等特性，完全適用於季凍區非飽和土的路基的水熱耦合研究；實體工程套用方面，根據課題組研究成果，保持了課題組冷阻層研究的主體，結合廢棄資源再利用理念，因地制宜，提出了XPS板+油頁岩廢渣改良粉煤灰土的冷阻層結構，並依託工程鋪築了試驗路，埋設相關感測器，對研究成果的實際套用效果進行後續跟蹤檢測評價。本項目研究按照研究計畫總體開展順利，研究成果能夠很大程度上解決季凍區路基凍害問題，對提高我國季凍區道路服務水平，節約道路養護維修費用具有重要意義。