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原文传递交通荷载作用下土石混填路基动力响应及沉降预测研究

论文题名：	交通荷载作用下土石混填路基动力响应及沉降预测研究
关键词：	土石混填路基;交通荷载;动力响应;沉降预测
摘要：	随着我国经济水平的持续增长，公路交通建设呈现出蓬勃发展的趋势。在山区或丘陵地带修筑公路的过程中，由于地形复杂和交通运输困难等原因，不可避免的需要使用挖掘山体形成的土石混合料作为路基的主要填筑材料。同时路基作为路面结构的基础，在长期车辆荷载下可能会发生纵裂和局部变形等一系列病害，影响着行驶车辆的安全。因此，本文以土石混合料为研究对象，通过室内大型三轴试验研究不同条件下土石混合料的静力特性和动力特性，并在此基础上采用数值模拟和理论分析的方法对不同车辆荷载和车速情况下土石混填路基的动力响应以及长期车辆荷载作用下路基的累积沉降发展规律等问题进行分析。本文的主要工作如下：　　（1）通过一系列的室内常规土工试验，对土石混合料的颗粒级配和击实特性等进行了分析。根据试验结果得到了试样的各项物理性质指标，为后续大型三轴试验提供参考。　　（2）基于室内大型静三轴试验，分析了含石量和围压对土石混合料的应力-应变关系、粘聚力以及内摩擦角等的影响。结果表明：三种不同含石量的试样在围压为100kPa、150kPa、200kPa时，应力-应变曲线都属于应变硬化型；当含石量由30％增长至70%时，粘聚力逐渐减小，然而内摩擦角却一直在增加；在含石量一定的情况下，围压与静强度呈现出线性增长的关系。通过室内大型动三轴试验，研究了不同围压、动应力幅值以及加载次数对土石混合料累积塑性应变和动弹性模量的影响。结果表明：在不同条件下，试样的累积塑性应变曲线变化规律存在明显的差异，并得到了不同围压下试样的临界动应力；在不同围压下，动弹性模量随着加载次数的增加先增大，然后逐渐趋向稳定。　　（3）运用ABAQUS有限元软件建立沥青路面系统三维数值模型，采用移动均布荷载模拟车辆荷载，分析不同行车速度和车辆荷载情况下土石混填路基动应力、变形的响应规律，并确定路基工作区深度。结果表明：在路基横断面，车轮作用位置处竖向应力最大，远离作用点时应力减小；动应力和变形在路基深度1m范围内衰减最快；车辆荷载对路基的影响程度要大于车速对路基的影响程度；随着车辆超载率的增加，路基的动应力响应也就越大，路基的工作区深度在2.33m~4.15m之间。　　（4）为研究土石混填路基在车辆通行期间的长期沉降，基于动三轴试验结果建立适用于土石混合料的累积塑性应变经验模型并验证了模型的准确性；其次采用数值模拟确定车辆动载对路基不同深度处动偏应力的影响；最后结合分层总和法，提出了长期沉降计算方法，并对典型柔性基层沥青路面在不同车辆荷载作用下的长期沉降进行预测。结果表明：随着车辆荷载的增加，动偏应力也逐渐增大；不同车辆荷载引起的路基沉降在荷载作用初期先迅速增加，随后逐渐趋向稳定；车辆超载对路基沉降影响显著，当车辆超载率100%时，路基沉降量为24.65mm。
作者：	曹浩
专业：	土木工程
导师：	赵亚军;毕文雄
授予学位：	硕士
授予学位单位：	河北工程大学
学位年度：	2022