详情

原文传递基于DEM--FEM的滨海软土地基沉降分析与加筋路基动力响应研究

论文题名：	基于DEM--FEM的滨海软土地基沉降分析与加筋路基动力响应研究
关键词：	道路工程;滨海软土地基;沉降分析;加筋路基;动力响应
摘要：	随着中国经济的快速增长，交通基础设施建设在国民生活中的重要性日益突出，滨海地区作为经济发展的重要地区，地质土层多为软土，会对交通基础设计建设产生许多问题。软土具有承载力低、固结程度差等特性，若不对其进行处理，在软土地基上修建的路基容易发生不均匀沉降与大变形等不良现象，导致道路无法正常使用。沉降是公路设计与施工的重要指标，为此，需要采取加固措施以减小软土路基的沉降量。　　本文基于对国内外软土加固方法与沉降计算理论的研究现状，依托山东省重点科技计划项目(HSB2019112)，采用数值模拟的方法对软土地基的工后沉降进行研究，选择采用抛石挤淤法和土工格栅复合加固处理，分别采用离散元法与有限元法，对处理后的瞬时沉降与固结沉降分阶段进行研究，讨论了不同因素对路基沉降的影响，并对交通荷载作用下的滨海复合加筋路基动力响应进行了研究，所取得的成果如下: 　　(1)基于离散单元法(DEM)，进行了加筋碎石直剪数值试验，通过对剪应力.位移曲线、剪切强度以及位移矢量进行分析，揭示了土工格栅对碎石的加固作用。并通过自主设计的大型剪切试验仪，分别完成了加筋与未加筋时大粒径碎石的直剪试验，验证了离散元法碎石结构数值模型的准确性。　　(2)通过建立离散元抛石挤淤地基数值模型，对抛石粒径级配、挤淤层置换深度与路基填筑高度对瞬时沉降的影响进行了分析，得到了相对最优化级配方案，并发现随着挤淤层深度的增加，挤淤层淤泥含量逐渐减少，沉降量也逐渐减小;路基高度的增加与沉降量基本呈正比关系，所以需要对高填方路基进行额外的加固处理。此外，通过离散元模拟得到挤淤层等效力学指标，为后续有限元固结沉降计算提供准确参数。　　(3)基于有限单元法(FEM)，建立了抛石挤淤数值模型，并与实测数据相比对，验证了模型的准确性;对抛石挤淤法和土工格栅复合加固处理进行了研究，发现路基的沉降和侧向变形均得到了显著的降低，地基土体竖向应力也明显下降，并发现加筋路基比不加筋路基沉降量降低了25.3％，侧向水平位移减小了66.3％，效果显著。　　(4)对固结15年后的路基沉降进行研究，对抛石挤淤层、淤泥与路基填土三个方面的参数进行了敏感性分析。结果表明对沉降影响较大的因素主要为路基填土高度和抛石挤淤体厚度，其次是抛石挤淤体宽度与填土速率，而抛石挤淤体的摩擦角与模量、淤泥的粘聚力、摩擦角以及路基的填土坡度对沉降没有影响。其中，路基填土高度与沉降量成正比，抛石体厚度与沉降量成反比，试验结果与离散元数值模型可以相互印证。　　(5)对交通荷载下滨海复合加筋路基的动应力和动变形响应进行了研究，并对土工加筋路基的主要影响因素进行分析，发现土工加筋路基动应力在深度方向呈非线性递减，在浅层(3m以内)快速递减，在3～5m范围内缓慢递减并且伴随小幅波动。动应变大致呈线性递减，在加筋的位置动应变有明显的拐点。针对交通荷载的速度和超载程度进行了参数敏感性分析，发现超速或超载都会使得变形衰减系数与应力衰减系数出现不同程度的减小，表明动应力的传递和衰减主要发生在加筋路基上部。
作者：	孙华琛
专业：	建筑与土木工程
导师：	崔新壮
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2022