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原文传递拓宽路基差异沉降及土工格栅处治机理的研究

论文题名：	拓宽路基差异沉降及土工格栅处治机理的研究
关键词：	路基拓宽;差异沉降;土工格栅;处治机理;有限元分析
摘要：	近年来,随着交通量的增加,现有道路的通行能力已不能满足要求,对原道路进行拓宽是解决此问题的有效方法。拓宽道路中,新老路基及其下地基由于固结程度不同,总应力和孔压受到的影响不同,导致变形不同,从而产生差异沉降,容易引起路面开裂。分析差异沉降的作用机理,对于掌握裂缝开展的原因从而采取有效的措施至关重要。本文采用有限元软件ABAQUS,选用Mohr-Coulomb模型,用平面应变孔压单元,对新老路基拼接采用surface-to-surface contact进行模拟,使用流体渗透/应力耦合瞬态分析步进行固结沉降计算。对拓宽路基差异沉降机理进行分析,并对影响差异沉降的因素进行分析,最后对拓宽路基中铺设土工格栅的处治效果和机理进行分析,并给出参数优化结果。主要研究内容及结论如下: 　　(1)验证了surface-to-surface contact接触模拟新老路基接触界面的可行性。用tie和contact模拟新老路基拼接面时,两者沉降规律相同,沉降数值不同。用tie和contact模拟的路基边坡侧向位移趋势相同,contact模拟的边坡侧向位移大于tie连接。在拼接面上，tie连接比contact模拟传递的竖向应力、水平应力和剪应力大, contact可以模拟拼接面的薄弱。　　(2)新老路基由于离新路自重荷载和车道荷载的作用位置不同,因此,总应力和孔压受到的影响不同,导致有效应力的变化不同。有效应力的变化使土体发生变形,各个位置处土体变形不同从而产生差异沉降。表层软基中的压缩变形是产生沉降的主要原因,在新路修筑完成时、工后通车时、工后通车运营9年时,该层产生的差异变形量分别占整个模型的55.8％、50.8%、62.3%。新路修筑,改变老路路拱横坡,路拱横坡度增加值在路肩处达到最大,为0.8%,超过容许值。工后刚通车时,新老路基拼接处路拱横坡度增加值达到0.26%。工后通车运营5.5年左右,孔压消散完成,道路沉降达到稳定,此时,新老路基拼接处路拱横坡度增加值为0.24%。　　(3)本文分析中,随着路堤填筑高度的增加,新老路整体沉降和最大路拱横坡度增加值都增大,但最大差异沉降有少量地减小。拓宽宽度增加,整体沉降量和差异沉降都增加。搭接边坡角的增大,老路基沉降差别不大,新路基沉降增大,因此,差异沉降和最大路拱横坡度增加值都增大。最大沉降的位置随着搭接边坡角的增大,逐渐向新路基坡脚处移动,搭接边坡角为1:1时,最大沉降在新路路肩处。单侧拓宽和双侧拓宽对老路沉降的影响差别不大,但对于新路沉降的影响,单侧拓宽明显大于双侧拓宽。　　(4)土工格栅铺设在新路基中,对老路及其下地基基本没有影响,它增加了传递到其铺设位置下的水平压应力和剪应力,从而减少路堤边坡的侧向位移。侧向位移的减小导致新路沉降小幅度地减小。土工格栅铺设层数越多,改变效果越明显。靠近边坡一定范围的土工格栅不受力,土工格栅不必在新路堤全宽度铺设,最上层土工格栅在靠近新路基外缘约2.5m位置处可不进行铺设。土工格栅铺设位置越靠下,所受拉应力越大,因此,在铺设时可在下层铺设强度较大的土工格栅,在上部铺设强度稍小的土工格栅,以充分发挥土工格栅的强度。
作者：	石海丽
专业：	建筑与土木工程
导师：	陈锐
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文