匯報單位：中國鐵道科學(xué)研究院2024年7月6日季節(jié)性凍土區(qū)混凝土基床結(jié)構(gòu)溫度-變形特性研究目錄緒論溫度-變形數(shù)值模擬及分析溫度-變形防控措施與模擬分析結(jié)論與展望12341第一部分緒論季節(jié)性凍土區(qū)混凝土基床結(jié)構(gòu)溫度-變形特性研究緒論溫度環(huán)境溫差大、最低極值氣溫-40℃、最大凍深2.72米；方法混凝土基床結(jié)構(gòu)地下水位沿線地勢低洼，地下水位高，分布有扎龍濕地、龍鳳濕地。且50%的路基路堤高度小于3米。可以說是“泡在水里的低路基”結(jié)論在我國高鐵建設(shè)史上屬首創(chuàng)哈齊高鐵2015年11月28日綜合檢測車檢測結(jié)果如下:哈齊高鐵上行184.614km處高低檢測曲線哈齊高鐵下行184.612km處高低檢測曲線2015年11月28日綜合檢測車檢測發(fā)現(xiàn)哈齊高鐵部分路基段連續(xù)出現(xiàn)波長均在20m左右，動態(tài)峰值在3～5mm（大部分3～4mm）間高低病害，上、下行共計20段/延長48.814km。且病害集中出現(xiàn)在混凝土基床路基地段。因2015年七月才試運營，因此暫不考慮列車荷載對混凝土基床的影響，主要研究季凍區(qū)高鐵混凝土基床結(jié)構(gòu)溫度-變形特性。緒論哈齊高鐵

京沈鐵路客運專線遼寧段，該段主要包括孔隙

潛水、基巖裂隙水、裂隙巖溶水、雨冰雪水。

按對鐵路工程影響的氣候分區(qū)，遼寧省域范圍

內(nèi)均屬于寒冷地區(qū)，最大凍深1.67m。

環(huán)境條件與哈齊高鐵類似，極易出現(xiàn)路基不均

勻凍脹導(dǎo)致線路不平順或方向不良等凍害及基

床下沉等病害。緒論京沈高鐵保溫法設(shè)置隔熱層，增大熱阻化學(xué)加固法注漿物理化學(xué)法路基土改良排水隔水法降低地下水位、隔斷外水補(bǔ)給、排除地表水排水法：擴(kuò)大路基邊溝，截水溝，砂樁隔水法：透水性隔水層，如砂礫、碎石爐渣等；不透水隔水層，如油氈+瀝青、瀝青與土拌合、不透水膜料等緒論京沈高鐵n毛細(xì)管作用、結(jié)晶力作用n水分遷移借助于薄膜機(jī)構(gòu)、毛細(xì)管機(jī)構(gòu)、蒸汽機(jī)構(gòu)同時進(jìn)行作用。而最有效的途徑是由毛細(xì)管—薄膜機(jī)構(gòu)，來為凍土帶中生長起來的冰晶提供水分補(bǔ)給n解釋不連續(xù)冰透鏡是如何形成的，正確評估了細(xì)顆粒土中的凍脹壓力緒論路基土凍脹凍結(jié)緣理論毛細(xì)理論凍土水分遷移假說n凍土分類分級及防凍害措施一系列實驗研究現(xiàn)狀n凍結(jié)不膨脹的有機(jī)溶液中也會發(fā)生凍融破壞，由于混凝土孔溶液含有Na+、K+、Ca+等鹽類，大孔中的部分溶液先結(jié)冰，未凍溶液中的鹽的濃度上升，與周圍較小的孔隙中的溶液之間存在了濃度差。這個濃度差的存在使小孔中的溶液向已經(jīng)凍結(jié)的大孔遷移。n多孔材料超過臨界飽水度值，只一次凍融循環(huán)便會產(chǎn)生裂紋或者破壞。緒論混凝土凍脹n孔隙水凍結(jié)膨脹，迫使未凍水從結(jié)冰區(qū)滲透水泥漿體結(jié)構(gòu)向外遷移，在此期間需要克服粘滯阻力，從而產(chǎn)生靜水壓力，形成破壞應(yīng)力靜水壓假說滲透壓假說臨界飽水度假說研究現(xiàn)狀緒論凍融－滲流－土性等多因素耦合作用與互饋效應(yīng)應(yīng)用剛起步缺乏必要研究技術(shù)問題一技術(shù)問題二高鐵路基混凝土基床溫度變形特性與病害控制兩大技術(shù)問題混凝土基床溫度變形特性復(fù)雜環(huán)境與場地條件下高鐵路基混凝土基床病害產(chǎn)生主要原因病害防控技術(shù)制約高速鐵路路基混凝土基床應(yīng)用技術(shù)問題2第二部分溫度-變形數(shù)值模擬及分析季節(jié)性凍土區(qū)混凝土基床結(jié)構(gòu)溫度-變形特性研究溫度-變形數(shù)值模擬及分析縱斷面示意圖混凝土基床結(jié)構(gòu)概況目前，研究寒區(qū)高速鐵路路基季節(jié)性凍脹的主要方法包括：大型模型試驗、單元體試驗、現(xiàn)場監(jiān)測和理論分析（如有限元法）等研究方法。鑒于此，本文采用理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的研究思路，密切結(jié)合我國寒區(qū)高鐵建設(shè)發(fā)展的急切需要，對哈齊高鐵混凝土基床路基地段進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，并合理考慮混凝土結(jié)構(gòu)凍融破壞機(jī)理，提出季凍區(qū)高鐵混凝土基床結(jié)構(gòu)溫度-變形特性分析模型與預(yù)測技術(shù)，以定量評價季凍區(qū)溫度的周期性變化對高鐵混凝土基床結(jié)構(gòu)溫度-變形特性的影響。主要內(nèi)容如下：高鐵混凝土基床路基地段現(xiàn)場監(jiān)測及數(shù)值分析PARTONEPARTTWOPARTTHREE應(yīng)用abaqus進(jìn)行季凍區(qū)高鐵混凝土基床結(jié)構(gòu)溫度-變形特性數(shù)值模擬通過數(shù)值模擬的方式，研究加設(shè)保溫板對混凝土基床凍害的處理效果。溫度-變形數(shù)值模擬及分析數(shù)值模擬思路應(yīng)力場n對于多孔體系有：

力學(xué)平衡微分方程為：

則在無荷載的情況下：

n

假定混凝土三個方向?qū)嵯禂?shù)相同，則瞬態(tài)熱分析控制微分方程為：

多孔體系內(nèi)滲流場溫度場溫度-變形數(shù)值模擬及分析數(shù)值模型控制方程世界最遠(yuǎn)的距離不是樹與樹的距離而是同根生長的樹枝卻無法在風(fēng)中相依世界上最遠(yuǎn)的距離不是樹枝無法相依而是相互了望的星星卻沒有交匯的軌跡世界上最遠(yuǎn)的距離不是星星之間的軌跡而是縱然軌跡交匯卻在轉(zhuǎn)瞬間無處尋覓世界上最遠(yuǎn)的距離不是瞬間無處尋覓而是尚未相遇便注定無法相聚世界上最遠(yuǎn)的距離是魚與飛鳥的距離一個在天一個卻深潛水底@點擊添加文本數(shù)值模型正確性檢驗大慶K149.490處混凝土基床變形監(jiān)測曲線大慶K149.490處混凝土基床變形計算曲線溫度-變形數(shù)值模擬及分析世界最遠(yuǎn)的距離不是樹與樹的距離而是同根生長的樹枝卻無法在風(fēng)中相依世界上最遠(yuǎn)的距離不是樹枝無法相依而是相互了望的星星卻沒有交匯的軌跡世界上最遠(yuǎn)的距離不是星星之間的軌跡而是縱然軌跡交匯卻在轉(zhuǎn)瞬間無處尋覓世界上最遠(yuǎn)的距離不是瞬間無處尋覓而是尚未相遇便注定無法相聚世界上最遠(yuǎn)的距離是魚與飛鳥的距離一個在天一個卻深潛水底@點擊添加文本不同混凝土強(qiáng)度等級影響混凝土強(qiáng)度等級的改變對基床變形影響較??；不同集料、不同灰水比對混凝土線膨脹系數(shù)影響較大，應(yīng)設(shè)計試驗獲得準(zhǔn)確的參數(shù)進(jìn)行數(shù)值計算分析。重要認(rèn)識天然土體普通填料混凝土基床基床中點邊緣中點邊緣中點基床中點溫度-變形數(shù)值模擬及分析世界最遠(yuǎn)的距離不是樹與樹的距離而是同根生長的樹枝卻無法在風(fēng)中相依世界上最遠(yuǎn)的距離不是樹枝無法相依而是相互了望的星星卻沒有交匯的軌跡世界上最遠(yuǎn)的距離不是星星之間的軌跡而是縱然軌跡交匯卻在轉(zhuǎn)瞬間無處尋覓世界上最遠(yuǎn)的距離不是瞬間無處尋覓而是尚未相遇便注定無法相聚世界上最遠(yuǎn)的距離是魚與飛鳥的距離一個在天一個卻深潛水底@點擊添加文本不同路基填料的影響基床中點邊緣中點混凝土基床四周填筑材料對基床凍脹變形有較大影響；防凍脹填料能有效改變路基傳熱特性，進(jìn)而減小路基凍脹變形。重要認(rèn)識防凍脹填料普通填料溫度-變形數(shù)值模擬及分析世界最遠(yuǎn)的距離不是樹與樹的距離而是同根生長的樹枝卻無法在風(fēng)中相依世界上最遠(yuǎn)的距離不是樹枝無法相依而是相互了望的星星卻沒有交匯的軌跡世界上最遠(yuǎn)的距離不是星星之間的軌跡而是縱然軌跡交匯卻在轉(zhuǎn)瞬間無處尋覓世界上最遠(yuǎn)的距離不是瞬間無處尋覓而是尚未相遇便注定無法相聚世界上最遠(yuǎn)的距離是魚與飛鳥的距離一個在天一個卻深潛水底@點擊添加文本不同混凝土板尺寸的影響哈齊高速鐵路京沈高速鐵路邊緣中點基床中點20m10m溫度-變形數(shù)值模擬及分析3第三部分溫度-變形防控措施與模擬分析季節(jié)性凍土區(qū)混凝土基床結(jié)構(gòu)溫度-變形特性研究防控措施與模擬分析保溫層材料參數(shù)：保溫材料密度(kg/m3)導(dǎo)熱系數(shù)(w/m·k)比熱(J/kg·°C)XPS保溫板300.0285346防控模擬工況：序號保溫材料厚度(cm)1XPS保溫板52XPS保溫板10防控模擬工況：防控成效模擬結(jié)果（溫度場）：防控措施與模擬分析圖a.無保溫板11月3日溫度場云圖圖b.加設(shè)5cm保溫板11月3日溫度場云圖圖c.加設(shè)10cm保溫板11月3日溫度場云圖小結(jié)：加設(shè)保溫板可以改良混凝土基床的溫度場，使其均勻，不易發(fā)生不均勻變形，且保溫板厚度與改良效果呈正相關(guān)關(guān)系4第四部分結(jié)論與展望季節(jié)性凍土區(qū)混凝土基床結(jié)構(gòu)溫度-變形特性研