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原文传递软土地区高速公路振动、累积变形特性与设计方法研究

论文题名：	软土地区高速公路振动、累积变形特性与设计方法研究
关键词：	公路路基;环境振动;累积变形;交通荷载;软土地区
摘要：	高速公路大规模建设和运营一方面可以促进社会发展、满足人民日益增长的出行需求，另一方面它带来的负面影响也不容小觑，例如噪音、污染、振动、不均匀沉降等。目前，环境振动已是世界公害之一，引起了社会各界的广泛关注；此外，高速公路地基土体在交通荷载作用下产生的长期沉降会导致桥头跳车、地基失稳等不利后果，轻则降低乘客舒适度，影响乘车体验，重则引发安全事故，威胁人民生命、财产安全。因此，本课题具有巨大的科研价值与实际意义。基于以上背景，本文详细研究了交通荷载作用下软土地区高速公路的环境振动，在此基础上结合实测数据开展了软土地基累积变形特性及设计方法研究，主要研究工作如下：　　（1）建立重型卡车-不平顺路面-饱和半空间耦合模型研究交通荷载作用下不平顺路面引发的饱和地基动力响应，采用完全饱和多孔半空间介质模拟地基，Kirchhoff薄板理论模拟路面系统，正弦曲线模拟路面不平顺，通过线性Hertizian接触模型得到车轮-路面相互作用力，研究了车轮-路面相互作用力随激振频率的变化，以及分别由重型卡车轴重荷载和车轮-路面相互作用力（动力荷载）引发的地基土体不同深度处的应力与超静孔隙水压响应，并分析了交通荷载引发的地基土体单元总应力路径与有效应力路径。　　（2）建立交通荷载-不平顺路面-双层地基动力响应模型研究路面不平顺对高速交通荷载引起的成层地基振动的影响，双层地基上层与下层土体分别采用单相弹性介质理论与Biot饱和两相介质理论进行模拟，车辆荷载模拟为四个矩形移动荷载。系统控制方程用Fourier变换求解，时域结果通过快速Fourier变换（FFT）求得。详细分析并对比了轴重荷载和动力荷载对成层地基土体竖向位移、振速、加速度、动应力及超静孔隙水压响应的影响。　　（3）为研究软土地基高速公路累积变形特性，采用依据粘弹塑性理论建立的等时间线模型模拟软土地基固结沉降和蠕变变形，采用依据室内试验建立的循环累积应变模型模拟交通荷载引发的地基沉降，提出了一种可同时考虑土体蠕变变形和交通循环荷载作用的软土地基长期沉降预测模型。通过与浙江省申嘉湖高速公路实测沉降数据对比，验证了该模型可准确预测软土地基高速公路施工期与通车后的沉降，研究了交通荷载移动速度及路堤堆载等因素对道路沉降各组成部分的影响。　　（4）针对软土地基上的高速公路经常发生工后沉降过大的情况，本文探索性地应用道路力学-经验设计法预测交通荷载引发的软土地基高速公路工后沉降，研究其在中国的适用性。采用交通荷载-路面-双层地基动态响应模型计算地基土体动应力，再将道路力学-经验设计法计算结果与国内不同地区多条高速公路工后沉降实测数据进行对比，验证了该方法在中国的适用性，为在中国推广应用道路力学-经验设计法积累了一定经验。　　本文建立了一系列理论模型，深入研究了交通荷载作用下软土地区高速公路的环境振动，并在此基础上研究了软土地区高速公路累积变形特性与设计方法，为准确评估高速公路振动及预测其累积变形提供了科学指导和理论依据。
作者：	陈瑶
专业：	岩土工程
导师：	蔡袁强;曹志刚
授予学位：	博士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文