非水反应高聚物注浆材料对冻土路基作用机理研究

Non-water reactived polymer grouting material has been widely applying in distress repair, surrounding rock reinforcement and anti-seepage treatment of roads, tunnels, dams and other engineering in non-permafrost regions, and has achieved good results, but it has not been applied in permafrost regions. Aiming at this situation , the mechanism of non-water reactived polymer grouting material action on permafrost subgrade will be systematically carried out. According to the characteristics of climate and subgrade in permafrost region, the regularity of mechanical properties of different density polymer grouting materials under different low-temperature conditions will be studied, and the polymerization process of polymeric materials will be monitored to analyze the temperature change of materials. Based on heat conduction theory, a numerical model of heat conduction between polymer material and permafrost subgrade will be established. It will be researched that the influence law of polymer material polymerization exothermic on permafrost subgrade, and will verify the numerical simulation result by the indoor frozen soil environment simulation test. The three-dimensional numerical model of road in permafrost region will be set up based on the finite element theory, and the mechanical responses of the subgrade with hidden distress under the coupling of traffic load and temperature will be analyzed,the rationality and accuracy of the numerical model will be verified by solid road model test. The purpose of this project is to reveal the mechanism of polymer grouting materials on permafrost subgrade, and to provide theoretical support for the application of polymer grouting technology in the treatment of road concealed distress in permafrost regions.

非水反应高聚物注浆材料已广泛应用于非冻土区道路、隧道、堤坝等工程病害修复、围岩加固和防渗处理，并取得了良好的使用效果，但其在多年冻土区尚未推广应用。本项目针对这一状况，系统开展非水反应高聚物注浆材料对冻土路基作用机理研究。结合多年冻土区气候及路基特点，研究高聚物注浆材料在不同低温条件下力学性能随密度变化的规律，对高聚物材料聚合反应过程进行监测，分析材料温度变化情况；基于热传导理论，建立高聚物材料与冻土路基热传导数值模型，研究高聚物材料聚合放热对冻土路基影响规律，并通过室内冻土环境模拟试验验证数值模拟结果；基于有限元理论，建立冻土区道路三维数值模型，分析交通荷载、温度荷载耦合作用下隐含病害路基高聚物注浆修复前后力学响应，并通过实体道路模型试验验证数值模型的合理性及准确性。本项目旨在揭示高聚物注浆材料对冻土路基的作用机理，为高聚物注浆技术应用于冻土区道路隐蔽病害治理提供理论支撑。

非水反应高聚物注浆材料已广泛应用于非冻土区道路、隧道、堤坝等工程病害修复、围岩加固和防渗处理，并取得了良好的使用效果，但其在多年冻土区尚未推广应用。本项目针对这一状况，通过理论分析、数值模拟与材料及模型试验，系统研究了非水反应高聚物注浆材料特性及其对冻土路基的温度影响和修复效果。取得的主要研究成果如下：. 1、研制了密封式高聚物注浆模具，监测了高聚物注浆材料聚合反应释放热量过程中的温度变化规律，研究了非水反应高聚物注浆材料的力学及疲劳性能，分析了不同温度及密度材料的力学能变化规律，获得了材料在低温下的力学性能指标。. 2、基于热传导理论，建立了高聚物材料与冻土路基热传导数值分析模型，模拟了高聚物材料在冻土路基内部的聚合放热过程，揭示了高聚物材料聚合放热对冻土路基温度的影响规律。. 3、基于有限元理论，建立了冻土区道路三维数值模型，分析了温度荷载与交通荷载耦合作用下隐含脱空病害路基高聚物注浆修复前后的力学响应特征，评价了非水反应高聚物注浆的修复效果。. 4、选取典型路面结构，建立了含有隐蔽脱空病害的冻土路基实体道路模型，开展了高聚物注浆修复试验，监测了高聚物材料聚合放热对周围路基结构温度的影响，测试分析了注浆加固对路面力学性能的影响，验证了数值分析的合理性和准确性。. 研究成果揭示了高聚物注浆材料与冻土路基的相互作用机理，为高聚物非开挖注浆技术在冻土路基隐蔽病害维护中的应用和推广提供了理论支撑。