冻土地区道路设计理论与实践

前言

第一章 冻土及冻土概况

第二章 冻土地区道路使用状况调查与分析

第三章 冻土地区路基路面温度场数值模拟及分析

第四章 冻土地区路基稳定性分析及变形预测

第五章 冻土地区道路线形设计

第六章 冻土地区道路路基设计

第七章 冻土地区道路沥青混凝土路面耐久性设计

第八章 冻土地区筑路新材料研究及其性能评价

主要参考文献

图版 2100433B

本书立足于中国青藏高原及东北等冻土地区道路工程技术的特点，分析了国内外冻土道路工程现状，总结了多年来上述地区道路工程施工实践的情况，应用混沌、人工神经网络、数值模拟等先进理论方法建立了道路冻土路基的变形计算、监测和预警体系，构建了包括道路线形设计、路基稳定性设计、路面耐久性设计的成套设计理论体系。

《冻土地区道路设计理论及实践》立足于中国青藏高原及东北等冻土地区道路工程技术的特点，分析了国内外冻土道路工程现状，总结了多年来上述地区道路工程施工实践的情况，应用混沌、人工神经网络、数值模拟等先进理论方法建立了道路冻土路基的变形计算、监测和预警体系，构建了包括道路线形设计、路基稳定性设计、路面耐久性设计的成套设计理论体系。《冻土地区道路设计理论及实践》内容包括道路冻土区划，路基路面病害机理分析，路基路面温度场数值模拟，冻土路基融沉分析及变形预测，道路线形、路基稳定性、沥青混凝土路面耐久性设计，道路新材料研究与应用等。

《冻土地区道路设计理论及实践》以我国冻土地区道路设计、修筑、养护工程为基础，以青藏高原高海拔、东北高纬度多年冻土道路工作研究成果为依托，并吸收了国内外在冻土地区道路设计方面的先进思想。可供从事冻土地区道路工程及铁路、土建工程的科研、设计、施工（新建及养护）与建设管理技术人员参考，亦适合高等院校、科研机构相关专业技术人员、教师、研究生学习参考。

前言

第一章 冻土及冻土概况

第一节 冻土及冻土工程地质区划、分类

一、冻土概况

二、冻土工程地质区划原则和指标

三、冻土区划

第二节 道路工程冻土分类

一、道路工程冻土分类标准及指标

二、依据冻土人为上限分类

三、依据冻土路基稳定性分类

第三节 冻土分布状况

一、西部高山高海拔冻土分布

二、青藏高原高海拔冻土分布

三、高纬度多年冻土

第四节 冻土地区气候及地温特征

一、冻土地区气温变化趋势

二、太阳辐射条件

三、降水量变化

四、冻土地区地温状态

第二章 冻土地区道路使用状况调查与分析

第一节 冻土地区路基病害调查与分类

一、冻土路基病害调查

二、冻土路基病害类型与特征

第二节 冻土地区路基病害机理分析

一、冻土路基病害发展过程

二、冻土路基病害成因定性分析

三、冻土路基病害成因定量分析

第三节 冻土地区路面病害调查与分类

一、沥青混凝土路面病害调查及主导类型

二、水泥混凝土路面病害调查及主导类型

第四节 冻土地区路面病害机理分析

一、沥青混凝土路面病害机理分析

二、水泥混凝土路面病害机理分析

第三章 冻土地区路基路面温度场数值模拟及分析

第一节 冻土路基天然上限退化现状

一、气候变暖对冻土路基天然上限的影响

二、冻土地区路基温度场变化规律

三、沥青路面对冻土路基温度场影响的分析

四、水泥混凝土路面对冻土路基温度场影响的分析

第二节 冻土地区路基水——热——力三场耦合模拟分析

一、水——热耦合控制方程及模拟计算

二、力——热耦合控制方程及模拟计算

三、水——力耦合控制方程及模拟计算

四、水——热一力三场耦合数值模拟结果与分析

第三节 冻土路基温度场数值模拟

一、温度场控制微分方程

二、温度场计算的有限元方程

三、温度场计算模型及材料参数

四、基于ABAQus软件的温度场计算实施

五、温度场数值模拟结果与分析

第四节 沥青路面下伏冻土路基温度场的数学模型及计算分析

一、路基内热流耦合的基本模型及边界条件确定

二、隔热冻土路基模型及分析

三、块、碎石冻土路基对流模型及分析

四、无动力热棒冻土路基等效传热模型及分析

第四章 冻土地区路基稳定性分析及变形预测

第一节 冻土地区路基稳定性及变形特征分析

一、冻土路基变形主要影响因素

二、冻土路基变形计算

三、不同工程措施的路基变形分析

第二节 冻土融沉变形混合物理论

一、冻土混合物的基本假设

二、混合物理论基本方程及不等式

三、混合物热力学本构方程

四、冻土融沉中的相变考虑

五、冻土融沉中的唯象关系

六、冻土融沉过程的固结方程

第三节 冻土融沉变形试验及数值计算

一、冻土融沉试验及结果分析

二、冻土融沉数值计算及结果分析

第四节 冻土地区路基变形预测分析

一、基于偏最小二乘法的冻土路基变形预测

二、基于人工神经网络的冻土路基变形预测

三、冻土路基变形及应力分析

第五章 冻土地区道路线形设计

第一节 冻土地区车辆动力性能评价及运行速度模型建立

一、冻土地区车型WG分析法

二、冻土地区车辆动力性能评价

三、冻土地区道路车辆运行速度影响因子敏感性分析

四、冻土地区道路运行速度模型

第二节 冻土地区道路平面线形设计

一、直线长度

二、高海拔冻土区驾驶员反应时间与停车视距

三、平曲线最小半径与超高

第三节 冻土地区道路纵断面设计

一、纵坡坡度

二、纵坡坡长

三、坡弯组合

四、竖曲线

第四节 冻土地区路基横断面组成设计

第五节 高原冻土区道路线形指标推荐

第六章 冻土地区道路路基设计

第一节 冻土地区路基设计理论沿革及设计原则要求

一、冻土地区路基设计理论沿革

二、冻土地区路基设计原则和要求

第二节 冻土地区一般路基横断面结构设计

一、路堤设计

二、路堑设计

三、低填浅挖及零断面路基设计

四、挡土墙设计

第三节 冻土地区特殊路基结构设计

一、不良地质地段路基设计

二、块、碎石路基设计

三、隔热层路基设计

四、遮阳板路基设计

五、无动力热棒路基设计

六、通风管路基设计

第四节 冻土地区过渡路段路基结构设计

一、填、挖过渡段路基设计

二、路基与桥(涵)过渡段路基设计

三、融区与多年冻土区过渡段路基设计

第五节 冻土地区路基排水设计

一、边沟设计

二、排水沟设计

三、挡水埝设计

第六节 取、弃土场设计

第七章 冻土地区道路沥青混凝土路面耐久性设计

第一节 冻土地区沥青结合料性能评价及其选择

一、现有沥青指标评价体系

二、沥青FDT试验及机理分析

三、基于韧性比Rw指标的沥青评价体系

四、沥青结合料的选择原则及流程

第二节 冻土地区沥青混合料配合比设计

一、冻土地区沥青混合料配合比基本设计思路

二、影响沥青混合料性能的敏感性指标分析

三、冻土地区沥青混合料设计控制指标及试验参数推荐值

四、基于抗冻性能的沥青混合料配合比设计流程图

五、设计实例材料参数以及混合料试验指标

第三节 冻土地区沥青混合料路用性能评价

一、低温韧性指标合理性论证及其计算方法

二、非常规马歇尔试验

三、抗冻性能评价

四、低温抗裂性能评价

五、高温性能评价

六、冻融循环低温弯曲韧性评价

七、冻融疲劳特性评价

八、抗水损性能评价

第四节 冻土地区道路沥青路面结构类型选择

一、冻土地区沥青路面结构初步选择

二、冻土地区道路基层材料性能优化

第五节 冻土地区沥青路面结构设计

一、冻土地区沥青路面典型结构设计要求、原则及设计流程

二、冻土地区道路设计参数确定

三、试验路路面结构拟定

四、推荐沥青路面典型结构组合

第八章 冻土地区筑路新材料研究及其性能评价

第一节 硅藻土改性沥青胶浆性能

一、原材料技术性质

二、硅藻土改性沥青的制备

三、硅藻土改性沥青常规指标试验

四、硅藻土改性沥青高温动态剪切试验

五、硅藻土改性沥青低温弯曲梁流变试验

六、硅藻土改性沥青机理分析

第二节 硅藻土改性沥青混合料配合比设计

一、原材料技术性能

二、硅藻土拌和方法

三、矿质混合料级配优选

四、硅藻土改性沥青混合料最佳沥青含量确定

第三节 硅藻土改性沥青混合料低温抗裂性能研究

一、沥青混合料低温弯曲性能评价

二、老化对低温抗裂性影响的研究

三、硅藻土改性沥青混合料水稳定性研究

第四节 硅藻土改性沥青混合料高温性能研究

第五节 硅藻土改性沥青混合料隔热性能研究

一、热传导试验

二、热导率试验

主要参考文献

图版2100433B

汪双杰，男，1962年4月出生，工学博士，教授级高级工程师，博士生导师，全国工程勘察设计大师。中国岩石力学与工程学会理事，中国公路学会理事，中国地理学会冰川冻土学会理事，交通运输部专家委员会委员，中国公路学会专家委员会委员，中国交通建设集团专家委员会委员，冻土工程国家重点实验室学术委员，国家863、973科技项目评审组专家，交通运输部科技英才及“新世纪百千万人才工程”国家级人选，全国优秀科技工作者，陕西省突出贡献专家，享受国务院政府特殊津贴。出版《多年冻土地区公路工程》等5部专著，在国内外核心期刊发表学术论文50余篇。主持国家、省重大工程项目设计20余项，主持国家、省部级重大科研项目20余项，主持或参编交通行业标准规范5项。主持的科研、设计项目获国家科学技术进步一等奖1项，中国公路学会科学技术奖特等奖2项，省部级科技进步奖一等奖4项、二等奖4项。获国家优秀设计金奖1项、银奖2项、铜奖1项。

黄晓明，男，1963年1月出生，工学博士，教授，博士生导师。国际土工合成材料协会委员，澳大利亚公路研究局（ARRS）高级访问学者，中国公路学会理事，中国土工合成材料协会理事，中国公路学会青年专家委员会委员，教育部高等学校“土木工程”、“道路运输与工程”教学指导委员会委员，江苏省公路学会道路专业委员会副主任委员。交通运输部科技英才及“新世纪十百千人才工程”第一层次人选。江苏省“333工程”人才培养计划第二层次人选，江苏省“青蓝工程”新世纪学科带头人，江苏省教学名师，东南大学道路与铁道工程学科负责人。出版专著、教材16部，在国内外重要刊物上发表学术论文200余篇，获发明专利8项。主持的科研项目获国家科学技术进步二等奖1项，省部级科技进步奖一等奖4项、二等奖3项，获国家教学成果奖一等奖1项、二等奖1项，高等教育江苏省教学成果奖一等奖3项。