南疆盐渍土区道路路基水热分布特性试验研究 ——以阿拉尔市为例
新疆南疆地处天山以南喀喇昆仑山以北的塔里木盆地,是我国“丝绸之路经济带”新疆核心区的重点建设区域,新疆阿拉尔市作为南疆中心城市,其交通基础设施建设具有十分重要的区域地位。随着南疆阿拉尔市道路基础设施建设里程的不断增长,南疆盐渍土区域特殊的气候和工程地质环境,使得南疆阿拉尔市城区道路路基体内部的温度场、盐分场、水分场、应力场相互共同作用,形成了一个复杂的多场环境耦合环境作用体系,多场耦合环境作用是道路路基损伤破坏的主要原因,开展南疆盐渍土区道路路基水-盐-温多场环境作用的损伤破坏机理研究,研究路基水、盐、热分布特性。对南疆盐渍土区道路工程建设及病害防治提供理论支撑和科学依据。论文主要开展如下研究工作:（1）开展南疆盐渍土区道路工程病害调查研究,研究发现南疆阿拉尔市城市道路路基结构损伤主要是季节性盐-冻胀作用及水盐干湿循环作用所致。主要表现为氯化物硫酸盐的水盐干湿循环作用和季节性的盐-冻融循环作用对路基材料中水泥基材料的损伤,路基土中的水盐介质在毛细作用下迁移积聚至路基承重基层及面层与结构材料发生侵蚀破坏,季节性冻融循环作用使路基结构发生盐胀-冻胀破坏,在持续的水盐干湿循环作用和季节性的盐胀-冻融循环作用及路面行车荷载共同作用下使路基路面结构发生损伤破坏。（2）开展南疆盐渍土区道路路基水-热分布特性监测试验。通过对阿拉尔市塔门路（胡杨大道与秋收大道连接段）道路施工路段设立监测断面,开展不同路基深度的水分、温度的监测试验研究以及对不同深度盐分的测定。监测试验结果表明:路基发生变形破坏的主要原因是路基结构层中温度梯度及温度的变化引起的水分的迁移和其相态、组分的变化所致。在季节性高低温冻融循环作用下,使得道路路基结构发生破坏,导致道路路面产生路面开裂、鼓包、沉陷等病害。（3）开展路基土一维土柱水-热特性试验研究。通过室内土工试验对盐渍化路基土进行基本理化性质进行试验研究,测得塑限指数为18,液限指数为0.8,根据土的分类指标可得路基土的土性为软塑、粘土。干密度为1.69g/cm~3,最佳含水率为18.25%。通过室内一维土柱单向冻结试验得知:在冻结时间、冷端温度一定的情况下,含盐量为10%时冻胀量相对较小;在冻结时间与冷端温度一定的情况下,含水率与最佳含水率的差值绝对值越大,冻胀量越大。单因素改变下,冻胀变形量与冷端温度、含盐量、含水率等因素有关。（4）通过对室内一维土柱试验的水热迁移问题开展数值模拟分析,采用多物理场分析软件Comsol Multiphsics软件对路基水-热迁移进行数值模拟,并对路基土试验进行验证。验证结果表明模拟的水分场分布和温度场分布与实际试验监测的水分场分布、温度场分布变化趋势基本一致,较好地验证了模型的可靠性。
- 作者：
- 曾腾飞
- 学位授予单位：
- 塔里木大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2021年
- 导师姓名：
- 杨保存；杨晓松
- 中图分类号：
- U416.16
- 关键词：
- 南疆盐渍化路基；一维土柱试验；盐-冻胀变形；数值模拟
-
- 基金项目：
- 阿拉尔师市科技项目“基于新型相变材料寒区道路盐渍化路基灾变控制关键技术及应用”（项目编号:2019GJJ02）课题主持人:杨保存,周清平%国家自然科学基金项目“水-盐-温多场耦合作用下南疆盐渍化路基结构损伤破坏机理研究”的部分研究成果（项目编号:52068062）课题主持人:杨保存教授