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原文传递基于土体参数空间变异性的黄土路堤沉降变形研究

论文题名：	基于土体参数空间变异性的黄土路堤沉降变形研究
关键词：	路基工程;沉降变形;黄土路堤;沉降;空间变异性;波动范围;随机场模拟
摘要：	在黄土地区修建铁路和公路路基时，黄土（改良黄土）为主要路堤填料。在自然环境和交通荷载等影响下，由于黄土地区特殊的工程地质，填土路堤易产生较大沉降、开裂等路基工程问题，严重影响行车安全。路堤填土由于丧失了原有土体的地质历史信息，填筑方式各异，决定了填土路堤本质上具有不确定性。考虑填土体的空间变异性，将土体参数随机性与空间位置相结合，开展黄土路堤沉降特性研究具有重要意义。　　（1）以宝中铁路为工程背景，基于K329～K331段路堤填土的静力触探数据以及土工试验参数，开展土体参数空间变异性研究。对土体参数进行平稳性与各态历经性进行检验，检验结果为土体随机场满足平稳性与各态历经性。基于随机场理论和地质统计学理论，采用递推空间法、相关函数法、半变异函数法求解该路段土体参数竖直方向的波动范围，并对波动范围的影响因素进行探讨分析。结果表明：基于静力触探数据计算的波动范围为0.44m~0.69m，基于土工试验参数计算的波动范围为0.59m~0.92m。计算方法会影响波动范围的计算结果，半变异函数法与相关函数法的计算结果相近，递推空间法的计算结果较小。取样间距为0.1m~0.3m范围内，波动范围相近，当取样间距大于0.3m时，随着取样间距的增大，所求得的波动范围越大。　　（2）对土体参数进行空间变异性评价，表明力学指标的空间变异系数普遍大于物理力学指标，物理指标为弱变异，力学指标为中等变异。考虑土体参数空间变异性采用协方差矩阵分解法得到土体参数随机场模型的离散参数值，研究发现波动范围的大小影响随机场的模拟结果，随着水平波动范围增大，土体参数随机场沿水平方向的变化趋于平缓，变异性逐渐减小，相关性逐渐增强，当水平波动范围达到一定数值时，随机场模型则转化为随机变量模型，土体参数数值沿水平方向趋于定值。　　（3）将土体参数随机场的离散值映射至路堤模型中，采用FLAC3D，建立数值模型，并结合蒙特卡洛模拟方法，进行路堤沉降变形研究。计算结果表明：路堤填土水平方向上的波动范围约为40m~60m，远大于竖直方向上的波动范围。当水平波动范围为竖直波动范围的70倍时，在95%的可靠度下，考虑随机场模型求得的路堤面最大沉降的置信区间为36mm~65mm。对比考虑土体参数为定值、考虑土体参数竖向变异性和考虑土体参数随机场模型三种工况下的中心路堤面沉降结果，考虑土体参数为定值的计算结果最小为35mm，考虑土体参数竖向变异性的计算结果最大为66mm，考虑土体参数随机场模型的计算结果为51mm。与其它两种工况相比，随机场模型考虑土体参数空间变异性，能够更好地表征实际土体参数在空间上的分布规律。计算结果更为合理。
作者：	廖亦涵
专业：	建筑与土木工程
导师：	张延杰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022