硫酸盐渍土地区路基水、热、盐、力耦合效应的室内和现场试槽试验及数值模拟研究

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1、摘要不同类型的盐渍土，在不同的环境和条件下(温度、水分、盐分等)对工程建筑物都具有不同程度的破坏作用。硫酸盐渍土是盐渍土中对工程建筑危害最典型的盐渍土，温度、水分和盐分的变化将使修筑在硫酸盐渍土地区的路基产生盐胀和冻胀，导致路基不均匀隆起、松胀、开裂，从而降低了路基的强度和稳定性。本文以硫酸钠盐渍土作为理论分析和试验研究的主要对象。参考以往对冻土研究取得的热、水、力三场耦合理论成果，首先推导出水分迁移条件下的温度场、变温条件下的水分场二维控制微分方程，然后运用土壤物理学和传热学的基本理论，考虑水分场和盐分场的耦合作用，利用土壤水盐运移

2、基本规律，推出水分场和盐分场耦合问题的二维控制微分方程。再运用溶液结晶学和冻土力学的基本理论，在已有冻胀变形研究成果的基础上，考虑盐胀变形的影响，推出含水量、含盐量和盐渍土体积应变的关系式。文章还假定盐渍土体为各向同性的弹性体，结合变形场与应力场的控制方程，提出了考虑盐渍土路基盐胀和冻胀两种情形下的二维热、水、盐、力四场耦合方程。本文模拟硫酸盐渍土地区路基野外实际情况，进行了硫酸盐渍土室内大型模型试验研究，对路基中温度场、水分场、盐分场以及路表变形进行动态观测，得出了水分场、盐分场、温度场、应力场相互作用规律。文章还用等格距隐式有限差

3、分格式对耦合方程进行了离散，采用Jacobi迭代法，并借助于Matlab编程对定解条件下的水分、温度、盐分、进行了数值求解，同时在有限差分时段内采用有限元法对盐渍土路基的应力变形场进行了求解，并与现场试验路的测试结果进行了比较分析，验证了耦合方程的可行性。文章最后就盐渍土地区路基的修筑技术进行了一般的讨论，认为充分认识路基的水分、热质、盐分的迁移规律是有效治理盐渍土路基盐胀、冻胀病害的关键。关键词：硫酸盐渍土；盐胀机理；水分迁移；盐分迁移：热质迁移；数值模拟。AbstractThedifferentsalinesoilshavethe

4、differentextentofthedamagetotheengineeringstructureinthedifferentenvironmentcondition，suchasmoisture，heatandsalt．Thesulphatesalinesoilisatypicalsalinesoilwhichisharmfultotheengineeringstrllcnlre．AndthemovementofThermo·-hydro--salineisthemainreasonthatcausesthediseaseint

5、hesubgradeinsalineareasuchastuberositas，looseanddehiscence．Anditexercisesinfluenceoverthesubgradestrengthandstabilization．ThedissertationregardstheVitriolSalineSoilasthemainobjectofstudyontheoreticalanalysisandexperimentalresearch．Referringtotheformertheoreticalframeabo

6、utthemoisture—heat—stresscouplingmodelinfrozensoil，andaccordingtotheessentialtheoriesofsoilphysicsandheattransfer，andapplyingtothesolutioncrystallographyandmechanicsoffrozenground，thedissertationpresentsthetwo—dimensionalgoverningdifferentialequationsoftheT11ermo-saline

7、—hydro-mechanicalfourfieldscouplingmodel．Thedissertationputsforwardaninnovation，whichistoadoptthelarge·scaleinsidetestofthevitriolsalinesoilsubgradetosimulatetherealenvironment．Throughthedynamicobservationontemperaturefield，moisturefield，saltfieldanddeformationofthepave

8、ment，thedissertationanalysestheinteractinglawofthetemperature，moisture，saltandstreefieldinthesubgrade．Adopting