季凍區(qū)路基土凍脹的微觀機(jī)理研究

第一章 緒論

1．1 研究意義

1．2 國(guó)內(nèi)外凍土研究概況

1．3 土微觀結(jié)構(gòu)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1．4 不確定性信息處理的研究方法

1．5 本書(shū)的主要研究?jī)?nèi)容、技術(shù)路線

第二章 研究區(qū)路基土的物質(zhì)成分及物化性質(zhì)．

2．1 土的物質(zhì)組成

2．2 研究區(qū)土樣的化學(xué)性質(zhì)

2．3 季節(jié)凍土的熱交換參數(shù)

2．4 季節(jié)凍土的水力參數(shù)

2．5 本章小結(jié)

第三章 研究區(qū)土樣室內(nèi)凍脹試驗(yàn)

3．1 研究區(qū)路基土季節(jié)凍脹的概況

3．2 室內(nèi)凍脹試驗(yàn)概況

3．3 室內(nèi)凍脹試驗(yàn)結(jié)果

3．4 試驗(yàn)結(jié)果分析

3．5 本章小結(jié)

第四章 路基土微觀結(jié)構(gòu)的研究方法

4．1 引言

4．2 微觀結(jié)構(gòu)研究對(duì)象、內(nèi)容及微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取

4．3 微觀結(jié)構(gòu)的研究方法

4．4 試驗(yàn)儀器及微觀結(jié)構(gòu)樣品制備

4．5 本章小結(jié)

第五章 路基土凍融過(guò)程中微觀結(jié)構(gòu)變化研究

5．1 微觀結(jié)構(gòu)的定性分析

5．2 微觀結(jié)構(gòu)特征的定量分析

5．3 本章小結(jié)

第六章 基于灰關(guān)聯(lián)度法及粗糙集理論評(píng)價(jià)微觀結(jié)構(gòu)對(duì)凍脹的影響

6．1 引言

6．2 基于灰關(guān)聯(lián)度法評(píng)價(jià)微觀結(jié)構(gòu)對(duì)凍脹的影響

6．3 粗糙集理論主要概念

6．4 運(yùn)用粗糙集理論進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)凍脹的影響評(píng)價(jià)

6．5 本章小結(jié)

第七章 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立包含微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的凍脹模型

第八章 結(jié)語(yǔ)

參考文獻(xiàn)2100433B

《季凍區(qū)路基土凍脹的微觀機(jī)理研究》以吉林省季凍區(qū)路基土為研究對(duì)象，利用SEM提取路基土凍脹過(guò)程中不同凍結(jié)狀態(tài)下微觀結(jié)構(gòu)圖片，并用WD一5專業(yè)分析軟件對(duì)圖片進(jìn)行定量分析，比較不同條件下一個(gè)凍融循環(huán)過(guò)程中微觀結(jié)構(gòu)所發(fā)生的變化，揭示季凍土產(chǎn)生凍脹的微觀本質(zhì)。將微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)與凍脹率聯(lián)系起來(lái)，建立基于灰色關(guān)聯(lián)分析和粗糙集理論的評(píng)價(jià)模型，探討微觀結(jié)構(gòu)對(duì)凍脹的影響大小，利用評(píng)價(jià)結(jié)果選擇對(duì)凍脹影響最有意義的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)。

在考慮宏觀條件的基礎(chǔ)上，充分考慮微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立包含對(duì)凍脹最有意義微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)凍脹模型，并對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。為建立包含微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的凍脹模型及耦合模型提供了選參依據(jù)。

季凍土的水分遷移機(jī)理研究一直為廣大學(xué)者所關(guān)注，并已經(jīng)取得了很大的成績(jī)，但由于研究條件、測(cè)試儀器等原因，使研究有一定的難度，如凍土熱融及其水分遷移問(wèn)題有待進(jìn)一步完善與發(fā)展，尤其是從不同凍融狀態(tài)下微觀結(jié)構(gòu)的角度，評(píng)價(jià)其機(jī)理，目前還沒(méi)有見(jiàn)到有突破性進(jìn)展。因此，本項(xiàng)目針對(duì)道路的凍脹問(wèn)題，選擇東北地區(qū)分布的不同類型的黃土狀土進(jìn)行研究，具有一定理論與實(shí)際意義。.本項(xiàng)目的研究結(jié)合不同等級(jí)道路的不同土體進(jìn)行實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)凍結(jié)深度、地溫、含水率變化等數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)凍土在不同凍結(jié)、融化狀態(tài)下的微觀結(jié)構(gòu)特征的定量指標(biāo)的提取，考慮物質(zhì)組成對(duì)凍結(jié)狀態(tài)的影響，分析土體凍融過(guò)程中水熱遷移，在物理化學(xué)、圖像處理、力學(xué)的基礎(chǔ)上，揭示凍土中水分遷移的機(jī)理，建立反映土的微觀結(jié)構(gòu)即水熱鹽及結(jié)構(gòu)參數(shù)的凍融耦合模型，從機(jī)制學(xué)角度出發(fā)，考慮凍土在不同條件下的地基處理方法，為季凍區(qū)地基處理處理提供一個(gè)新的方法。 2100433B

本項(xiàng)目瞄準(zhǔn)寒區(qū)路基在抗凍設(shè)計(jì)和凍害防治方面的理論需求和技術(shù)欠缺，著眼于凍結(jié)過(guò)程中飽和路基土凍脹變形的發(fā)生與發(fā)展機(jī)制，特別關(guān)注正凍土的應(yīng)力、溫度和水分的三場(chǎng)耦合效應(yīng)。以東北地區(qū)常見(jiàn)的粉質(zhì)黏土為研究對(duì)象，采用室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的手段，深入研究季節(jié)性凍土凍脹變形機(jī)理。首先，總結(jié)并分析了國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于凍脹試驗(yàn)系統(tǒng)的研制進(jìn)展，設(shè)計(jì)并研制了側(cè)限條件下土體凍脹試驗(yàn)系統(tǒng)和復(fù)雜應(yīng)力（三軸應(yīng)力）狀態(tài)下的土體凍脹試驗(yàn)系統(tǒng)，并提出了相應(yīng)的試驗(yàn)方法。其次，以粉質(zhì)黏土為研究對(duì)象，考慮應(yīng)力水平、壓實(shí)度、溫度梯度等因素的影響，分別進(jìn)行了側(cè)限與復(fù)雜應(yīng)力條件下飽和土的凍脹試驗(yàn)，分析了飽和粉質(zhì)黏土的在凍結(jié)過(guò)程中的溫度、水分分布規(guī)律，以及凍脹發(fā)展規(guī)律。再次，研究了正凍粉質(zhì)黏土的凍結(jié)速率、凍脹速率、凍脹率的發(fā)生與發(fā)展機(jī)制，并考慮應(yīng)力水平、壓實(shí)度、溫度梯度的綜合影響，建立了凍脹率的經(jīng)驗(yàn)預(yù)估模型。進(jìn)而，以熱傳導(dǎo)、相變潛熱、水分?jǐn)U散等理論為基礎(chǔ)，建立了飽和-非飽和壓實(shí)粉質(zhì)黏土水-熱全耦合數(shù)值模型；基于COMSOL多物理場(chǎng)仿真軟件，實(shí)現(xiàn)了飽和-非飽和壓實(shí)粉質(zhì)黏土的水-熱全耦合數(shù)值模擬，并結(jié)合室內(nèi)模型試驗(yàn)驗(yàn)證了模型的可靠性。最后，建立并驗(yàn)證了飽和-非飽和壓實(shí)粉質(zhì)黏土的凍脹預(yù)估模型。通過(guò)本項(xiàng)目的研究，有利于深入理解路基凍脹的發(fā)生機(jī)制和變形規(guī)律，為凍土路基的抗凍設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供理論支撐，并推動(dòng)寒區(qū)交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和凍土力學(xué)的發(fā)展。 基于以上成果，項(xiàng)目組發(fā)表了學(xué)術(shù)論文18篇，其中SCI檢索8篇，EI檢索7篇；申請(qǐng)專利3項(xiàng)，授權(quán)1項(xiàng)；培養(yǎng)副教授1人，碩士生4名，博士生2名；完成專著2本；部分成果納入我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《季節(jié)性凍土地區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/TD31-06-2017）和遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)《公路路基彎沉驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（DB21/T 2764-2017）。獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、中國(guó)公路學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、陜西省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)。 2100433B