【毕业设计】道路冻胀翻浆研究

由于铁路建设需要，西伯利亚冻土研究指南于年在俄国地理协会的制定下出版，年以后，学者们对冻土的研究有了更新的认识，研究目的也就变越来越有针对性，并成立了冻土研究机构。

年出版苏姆金的苏联境内永久冻结土壤专著，标志冻土学已成为门学科。

年出版普通冻土学年出版冻土学原理年出版苏联冻土学，这些专著都对以后冻土学发展有深刻的影响。

二战以前，北美在多年冻土区开采金矿，季节性冻土道路工程的研究也在进行。

二战中，北极地区修建军事工程受系列冻土问题的困扰，使美军成立专门研究冻土的机构。

年，美国陆军部成立寒区研究和工程试验室，专门从事北极战争条件房屋结构道路工程等寒区工程研究，年代末，北极海发现大量石油，年代阿拉斯加石油管道的修建，都促使冻土研究迅速发展。

年，在加拿大举行第三届国际冻土会议，十四个国家的冻土学者就区域冻土冻土现象冻土热层等方面发表了篇论文。

国内的研究现状和发展趋势国内学者对道路工程的冻胀翻浆病害的探索由来已久，起初对道路翻浆的研究主要为道路翻浆现象调查影响因素分析和翻浆路段整治等方面。

如窦明建等对渭清公路翻浆病害进行了调查，对路基翻浆原因进行看分析。

李雨浓等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。

关海燕等对哈尔滨市道路翻浆原因进行了调查，影响道路翻浆的因素主要为土质水分温度路基路面结构和荷载，论述了几种道路翻浆的防治措施。

宋珲等研究了季节冻土区路基土冻胀与融沉的影响因素，路基土体发生冻胀融沉与土体的本身性质密度行车荷载含水率外部环境温度以及土体的盐分有关。

就影响道路翻浆的因素而言，影响季节冻土区道路翻浆的主要原因是路基中水分积聚。

目前对道路翻浆病害的研究主要包括逐渐深入到路基翻浆机理探讨数值模拟新材料应用及土质改良等方面。

在路基土翻浆机理研究方面，如唐红梅等对新疆天山公路道路翻浆土体毛细特性进行试验研究。

袁建议等进行了翻浆路基中温度传导机理初步研究。

陈洪凯等基于新疆境内道路翻浆现象的现场调查与分析，研究了高寒地区道路翻浆的发育机理。

李杨等研究了长春地区季节冻土的基本性质，评价了冻土性质对水分迁移的影响。

在路基土翻浆数值模拟方面，如王铁行等对多年冻土区路基温度场和水分迁移场耦合问题进行了研究。

宋存牛季节冻土区风积沙土路基冻结过程中水热迁移数值分析。

袁建议等对新疆天山公路二〇五年四月八日星期三道路翻浆温度场进行了数值模拟分析。

在新材料应用于路基加固方面有，如张季如等对公路翻浆病害进行调查，采用土工合成材料进行路基翻浆治理，防止碎石料陷入软土中，加速路基底部孔隙水压力消失和软土固结，减小冻结过程中的水分迁移。

霍凯成等介绍了土工合成材料在路基翻浆病害治理中的作用，采用土工合成材料进行路基翻浆治理，减轻了路基的冻胀翻浆病害。

在路基土改良方面，如改变路基结构土质改良排水隔水等措施。

李玉峰等采用丙烯酸钙和脲醛树脂对路基土体进行改良，并通过室内试验，研究了改性土的动力特性。

邹斌等采用改性脲醛树脂对川黔铁路段进行灌浆，基本消除了路基的翻浆冒泥现象。

孙歆硕等分析了津唐港地区的盐渍土路基翻浆的病害原因，采用固化剂对进行土质改良，提高了路基土体的稳定性。

本文研究的主要内容季节冻土区的道路工程在春融期间往往出现大量的翻浆冒泥路基病害，严重影响行车安全及道路畅通。

本文通过理论分析及室内试验，研究季节冻土区道路翻浆破坏机理及影响因素，通过室内模型试验研究季节冻土区路基内的水分迁移规律及路基变形规律，提出防止道路翻浆破坏的新型双向防隔水路基结构型式。

对季节冻土区道路工程的建设运营及维护有着重要的现实意义。

本章小结通过以上分析，本章主要内容有介绍西北寒冷地区修建道路工程的困难，以及国内外对季节性冻土路基的研究现状。

分析季节性冻土地区道路冻胀翻浆的成因，并提出解决办法新型双向防隔水路基结构型式。

本文对道路冻胀翻浆的研究内容以及现实意义。

道路冻胀翻浆的原因及分类冻胀翻浆作为种较为普遍的道路病害广泛存在于我国北部交通系统中，当地层发生冻胀时水分变成冰后体积增大，同时地层冻结时未冻结的水分急剧向冻结地层附近移动，导致冰晶体的体积不断增大使冻胀现象更加严重，冻胀会导致道路路基隆起鼓包。

当春季气温回升时冰晶体开始融化，由于水分不能及时扩散而导致道路翻浆，翻浆会引起道路沉陷开裂等病害。

通过查阅资料研究冻胀翻浆形成过程和两者的分类，以及对导致道路冻胀翻浆病害影响因素进行分二〇五年四月八日星期三析是十分必要的。

道路冻胀翻浆的发育过程道路冻胀翻浆病害是由冬季冻胀和春季翻浆两部分组成，随着季节的变换有明显的周期性，为了更加全面的分析冻胀翻浆这现象，以下是从两者的形成机理出发进行研究。

关于冻胀的研究从世纪被误认为是由于弯曲变形引起开始，到中间填充保温材料，达到保温效果，以隔绝内外热量的交换。

两边各开扇门，其中门高宽为。

模型箱如图所示图模型箱模型箱中的冷管布置在模型箱顶部和侧面，顶面全部布置，侧面由箱顶向下布置对称布置。

冷管布置如图所示图冷管布置冷遇本试验所用的冷遇是由杭州雪中炭恒温技术有限公司生产的高低温恒温液浴循环装置，外形尺寸为，如图所示，该装置具有恒温的控温能力。

高低温恒温液浴循环装置包括恒温槽内胆控制显示面板压缩机熔丝管温度传感器等组成。

该装置温度可控范围在，温度波动度在。

试验过程中温度可通过装置本身设定的程序，通过显示面板进行调节控制控制。

辅助与安全功能有温度校正温度传感器短路或断路高温切断和低温保护报警停电自动恢复和控制器，能充分保证试验的连续稳定运行。

图高低温恒温液浴循环装置高低温恒温液浴循环装置的正常操作环境室内海拔使用温度温度低于时最大相对湿度为，温度为时相对湿度线性降到电源的电压波动标称电压的电网电源上出现典型的瞬态过电压瞬态过电压出现在干路上。

高低温恒温液浴循环装置的主要特点采用高精度动态恒温控制技术和装配技术，最佳的温度波动度达到采用全封闭磁力泵循环搅拌，温度场均匀，绝无泄漏，大容量开口浴槽和外循环机两用。

通过对传感器与循环泵的液流体化设计，控温精度和温度场的均匀度得到了提高满足各种电源需要的压缩机制冷系统，制冷量和最低温度的完美匹配，满足多样化的应用需求高低温保护和防止过高温度保护等功能，使仪器安全运行液槽内顶板电热器和蒸发器等可能与工作介质接触的部件采用不锈钢材料，经久耐用，美观大方。

高低温恒温液浴循环装置的主要技术指标温度范围，循环二〇五年四月八日星期三泵最大压力，循环泵的最大流量，温度波动度，显示分辨率，加热功率，制冷功率，工作方式为连续工作。

电源要求为。

位移测量位移测量采用机电百分表，位于路基顶面进行冻胀融沉的位移测量。

机电百分表的量程为，测量精度为。

机电百分表连接静态应变测试仪，静态应变测试仪用无限发射器连接电脑进行数据的采集。

在测量中间隔读取次数据，如图所示，其中静态应变测试仪信号发射器。

静态应变测试仪信号发射器图位移数据采集装置图机电百分表的标定温度测量温度传感器标定是把所要测量的测量温度值转换成与之相应的实际温度。

本试验采用的标定环境为温度可以控制在高低温恒温液浴循环装置，如图所示。

采用的温度传感器如图所示，在定误差规定值和温度范围内，测试实际温度与测试温度成线性关系，通过巡检仪，如图所示。

得到实际温度对应下的测量点的测试温度。

标定步骤将型恒温箱电源连接，开启设备。

将恒温箱的温度设置为每隔设定次，即，温度控制在之间。

用巡检仪自动采集每次设定温度下的测试值。

图恒温箱图温度传感器巡检仪正面巡检仪后面图巡检仪图温度传感器的标定曲线将试验得到的测试温度分别带入传感器的标定公式中，得到不同时刻不同测二〇五年四月八日星期三试点的土体的实际温度。

水分测量设备水分传感器采用土壤水分监测系统，如图所示，测量指标为土体体积含水率。

湿度测试范围为，测试精度，分辨率，记录容量万组，工作环境，电源供电连接水分传感器时使用该系统的功能及特点为本机体积小，软件操作简单，性能可靠，记录间隔可根据要求从分钟小时任意设置。

全程跟踪记录，记录时间长，集数据采集记录与体，具有断电数据自动存储保护功能。

整机功耗小，电池，市电两用。

软件功能强大，数据查看方便，随时可以将记录仪中的数据导出到计算机中，并可以存储为表格文件，使用时，将集线器的端接入主机，然后将个土壤水分传感器接入集线器。

本试验配置了套土壤水分监测系统，包括个智能数据记录仪和个土壤水分感器。

分别在普通路与新型双向防隔水路基内部各埋入个该传感器，可以动态输出各点固定时间间隔不同时间连续的体积含水率。

数据采集器有自动保存数据功能，本试验数据采集频率为每次。

传感器连接线统从路基断面伸出，通过数据采集器在计算机上以形式直接输出体积含水率，其与土体干密度之比即为质量含水率。

十接头集线器智能数据记录仪水分传感器水分传感器埋设图土壤水分监测系统测试器件的布置位移测量布置图试验中机电百分表布置在路基顶面，分别布置在普通路基与新型双向防隔水路基顶面，如图所示，基准梁固定在模型箱体上，基准梁在试验过程中保持不变，如图所示，以保证测试过程中位移数据的准确性。

再用磁性表座把几点百分表固定在基准梁上，机电百分表连接数据采集仪，数据采集仪用无限发射器连接电脑进行图像的采集。

如图所示。

新型双向防隔水路基顶面普通路基顶面二〇五年四月八日星期三图机电百分表架设图基准梁架设图数据采集设备温度传感器布置图试验温度传感器布置在路基内，分别布置在普通路基与新型双向防隔水路基布置个，布置三层最下层个中间层个最上层个。

上下层间距左右的间距为。

如图图所示。

其中防水土工布铺设在新型双向防隔水路基中，布置在路基顶面与坡面往下处，将路基包在里面。

如图所示。

试验中温度采用西北地区的年平均气温和年最大温差来进行控制。

如式所示图防水土工布铺设图普通路基温度传感器埋设位置图新型双向防隔水路基温度传感器埋设位置水分采集仪布置图试验水分采集仪布置在路基内，分别布置在普通路基与新型双向防隔水路基布置个，布置两层最下层个最上层个。

上下层间距左右的间距为，路基中线左右各。

如图图所示。

图普通路基水分采集仪埋设位置图新型双向防隔水路基水分采集仪埋设位置二〇五年四月八日星期三本章