为探究寒区路基在水-热耦合作用下的变形机理，本研究以鹤哈高速（G1111）苔青至伊春段（62.44km）为对象，构建二维水热迁移耦合模型，结合现场监测与数值模拟方法，揭示冻融循环过程中路基温度场、水分场与变形场的相互作用规律。基于相变传热与非等温水分迁移理论，采用Abaqus软件进行仿真分析，在路基横断面上自左侧路肩至右侧路肩按1.25m间距均匀布设9个综合监测点，量化路基表层冻胀与融沉阶段的变形特征。结果表明：冻结期模拟路段路基表层最大冻胀位移可达8.48mm，横截面变形呈抛物线分布；春季融沉速率（0.12mm/d）显著高于冻胀期（0.07mm/d），且11月至次年1月的冻胀速率较1-2月高18.7%；竖向位移极值与地温梯度呈负相关。研究成果为寒区道路抗冻设计与病害防控提供了理论依据。
为探究寒区路基在水-热耦合作用下的变形机理，本研究以鹤哈高速（G1111）苔青至伊春段（62.44km）为对象，构建二维水热迁移耦合模型，结合现场监测与数值模拟方法，揭示冻融循环过程中路基温度场、水分场与变形场的相互作用规律。基于相变传热与非等温水分迁移理论，采用Abaqus软件进行仿真分析，在路基横断面上自左侧路肩至右侧路肩按1.25m间距均匀布设9个综合监测点，量化路基表层冻胀与融沉阶段的变形特征。结果表明：冻结期模拟路段路基表层最大冻胀位移可达8.48mm，横截面变形呈抛物线分布；春季融沉速率（0.12mm/d）显著高于冻胀期（0.07mm/d），且11月至次年1月的冻胀速率较1-2月高18.7%；竖向位移极值与地温梯度呈负相关。研究成果为寒区道路抗冻设计与病害防控提供了理论依据。
为探究寒区路基在水-热耦合作用下的变形机理，本研究以鹤哈高速（G1111）苔青至伊春段（62.44km）为对象，构建二维水热迁移耦合模型，结合现场监测与数值模拟方法，揭示冻融循环过程中路基温度场、水分场与变形场的相互作用规律。基于相变传热与非等温水分迁移理论，采用Abaqus软件进行仿真分析，在路基横断面上自左侧路肩至右侧路肩按1.25m间距均匀布设9个综合监测点，量化路基表层冻胀与融沉阶段的变形特征。结果表明：冻结期模拟路段路基表层最大冻胀位移可达8.48mm，横截面变形呈抛物线分布；春季融沉速率（0.12mm/d）显著高于冻胀期（0.07mm/d），且11月至次年1月的冻胀速率较1-2月高18.7%；竖向位移极值与地温梯度呈负相关。研究成果为寒区道路抗冻设计与病害防控提供了理论依据。
为探究寒区路基在水-热耦合作用下的变形机理，本研究以鹤哈高速（G1111）苔青至伊春段（62.44km）为对象，构建二维水热迁移耦合模型，结合现场监测与数值模拟方法，揭示冻融循环过程中路基温度场、水分场与变形场的相互作用规律。基于相变传热与非等温水分迁移理论，采用Abaqus软件进行仿真分析，在路基横断面上自左侧路肩至右侧路肩按1.25m间距均匀布设9个综合监测点，量化路基表层冻胀与融沉阶段的变形特征。结果表明：冻结期模拟路段路基表层最大冻胀位移可达8.48mm，横截面变形呈抛物线分布；春季融沉速率（0.12mm/d）显著高于冻胀期（0.07mm/d），且11月至次年1月的冻胀速率较1-2月高18.7%；竖向位移极值与地温梯度呈负相关。研究成果为寒区道路抗冻设计与病害防控提供了理论依据。
为了探索膨润土改性黏土在寒冷地区作为防渗材料的可行性,以干密度、饱和度、膨润土掺量和冻融循环次数为因素,试验研究了膨润土改性黏土在封闭系统条件下的冻胀和融沉特性,分析了冻融变形变化的规律,因素影响的显著性和作用机理。结果表明:封闭系统条件下,膨润土改性黏土的冻胀融沉变形随冻融循环次数的增加而增大,二者呈双曲线关系;达到基本稳定所需的冻融循环次数较少,约为7次;冻融循环引起的冻胀率最大增量为0.49,融沉系数最大增量为0.34。饱和度的增加使土体的冻胀融沉变形增大,干密度和膨润土掺量的增加使土体的冻胀融沉变形减小;饱和度对冻胀率和融沉系数的影响显著,冻胀率和融沉系数的最大极差达1.12%和0.72%;干密度对冻胀率和融沉系数的影响显著,冻胀率和融沉系数的最大极差达0.68%和0.50%;膨润土掺量对冻融变形的影响不显著,冻胀率和融沉系数的最大极差仅0.41%和0.25%。防水、排水和隔水设计是减小膨润土改性黏土冻融变形的重要措施,膨润土改性黏土作为季节性冻土区的防渗材料是可行的。
为了探索膨润土改性黏土在寒冷地区作为防渗材料的可行性,以干密度、饱和度、膨润土掺量和冻融循环次数为因素,试验研究了膨润土改性黏土在封闭系统条件下的冻胀和融沉特性,分析了冻融变形变化的规律,因素影响的显著性和作用机理。结果表明:封闭系统条件下,膨润土改性黏土的冻胀融沉变形随冻融循环次数的增加而增大,二者呈双曲线关系;达到基本稳定所需的冻融循环次数较少,约为7次;冻融循环引起的冻胀率最大增量为0.49,融沉系数最大增量为0.34。饱和度的增加使土体的冻胀融沉变形增大,干密度和膨润土掺量的增加使土体的冻胀融沉变形减小;饱和度对冻胀率和融沉系数的影响显著,冻胀率和融沉系数的最大极差达1.12%和0.72%;干密度对冻胀率和融沉系数的影响显著,冻胀率和融沉系数的最大极差达0.68%和0.50%;膨润土掺量对冻融变形的影响不显著,冻胀率和融沉系数的最大极差仅0.41%和0.25%。防水、排水和隔水设计是减小膨润土改性黏土冻融变形的重要措施,膨润土改性黏土作为季节性冻土区的防渗材料是可行的。
本文通过分析路基在冻结与融化时期水分场的变化规律,建立温度场与水分场的冻结融化模型试验,从而揭示路基病害的发生机理。对某冻土地区道路工程的研究结果表明:冻土路基温度场的季节活动深度为2～8m,路基深部土体的温度受外界温度的影响呈现滞后性;冻结与融化时期在路中以下2～4m深度范围内温度梯度较大;在路基融化时期的大气降水渗流过程中,路肩以下路基填土范围内的饱和度与地基的饱和度出现较大的差异,呈现出明显的分层现象;冻结时期土中未冻水向冻结锋面迁移导致路中以下2～3m深处含水率突增,冻结与融化时期路基总变形量较大。水热作用下路基产生的不均匀的冻胀与融沉变形是造成冻土路基病害的根本原因。
针对多年冻土地区普遍存在的路基不均匀融沉变形现象,根据弹塑性固结理论,采用有限元方法对路基融沉变形进行计算分析,探讨了边界排水条件对路堤融沉变形以及路基表面水平位移的影响,并分析了地基融深和路堤高度对沉降的影响。研究结果表明,路基沉降随融深的增加而增加,排水状态的路基融沉变形比不排水的融沉变形大;路基融沉变形随路堤高度的增加而增加,路基是否排水对路基融沉变形和路基水平位移有显著影响。计算结果与实测值比较,所建立模型的理论计算值与实际观测结果基本一致,回归结果得出多年冻土地区路基融沉变形规律。