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冀西北黄土高填方路基沉降变形规律及预测研究
| 论文题名： | 冀西北黄土高填方路基沉降变形规律及预测研究 |
| 关键词： | 黄土;高填方路基;沉降变形;沉降监测;建模分析 |
| 摘要： | 冀西北地区群山环绕、沟壑纵横，分布有广泛的湿陷性黄土，该地区的高速公路工程建设中存在许多黄土高填方路基的工程问题。黄土高填方路基的沉降变形是路基工程中比较棘手的问题，其不均匀沉降和沉降过大会导致路面产生沉陷、开裂，从而影响道路的正常运营。对黄土高填方路基进行沉降变形规律和预测研究有利于保障黄土高填方路基的安全使用，减少后期公路养护的费用与难度。 结合“冀西北地区湿陷性黄土高填方路基稳定性关键技术研究”课题，以延崇高速公路河北段黄土高填方路基为依托工程。通过冀西北地区黄土的室内物理力学试验、现场黄土高填方路基沉降监测、沉降监测数据处理分析以及数值模拟方法，对黄土高填方路基的沉降变形进行了研究，主要研究内容及成果如下： 1.通过室内物理力学试验，得到了冀西北地区黄土的颗粒级配、液塑限、最佳含水率、最大干密度以及承载比等基本参数，对其作为路基填料土指标进行评价。并采用固结试验和三轴试验分析其压缩特性和抗剪强度特性，得到在不同压实度、含水率下的压缩模量和抗剪参数，为后期数值模拟提供参考。 2.通过路面沉降和填筑体分层沉降的监测数据分析可得，路肩位置沉降大于路基中心沉降，黄土高填方路基易受到冬春季节更替引起的填土冻融而产生沉降速率短时增大。受到填筑时间和土体荷载对不同土层沉降固结的影响，填筑体的中间第二三层沉降量大于第一四层填土，其中第三层填土的沉降量最大。原地基沉降在黄土高填方路基总体的工后沉降中占比达23%左右。 3.根据实测数据建立四种沉降预测模型，分析各沉降预测模型的特性和预测精度。得到四种预测模型对于短期沉降预测效果良好，但无法对路基最终沉降进行预测。通过变权重组合法建立了一种双曲线—Gompertz组合预测模型，能够将单一预测模型的优势进行互补，预测精度最小提高了27%，可较准确预测黄土高填方路基的最终沉降量。 4.利用数值模拟方法研究黄土高填方路基在分层填筑过程中沉降变形，得到填筑过程中最大沉降量发生位置在距原地基1/6~1/2处，填筑体内部同一高度上，路基中心位置的沉降大于路基边缘处沉降，呈“U”型分布。水平位移随着填筑高度的增大，位移和变形区域在逐渐增大，且向路基填筑体扩张。 5.借助数值建模分析填料压实度、填料含水率与填筑高度对黄土高填方路基沉降变形的影响，得到路基沉降与填料压实度呈二次函数关系，路基沉降与填料含水率呈线性正相关关系，路基沉降与填方高度呈正相关关系。含水率每增大一个百分比，沉降量增加约4%~8%；当压实度达到96%后继续增大填料压实度对沉降的处理效果并不明显。 |
| 作者： | 段士超 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 杨三强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河北大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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