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原文传递高速公路路基拓宽力学响应及桩承式加筋路堤应用技术

论文题名：	高速公路路基拓宽力学响应及桩承式加筋路堤应用技术
关键词：	高速公路;路基拓宽工程;力学响应;加筋路堤;公路拓宽;软土地区;软土地基;设计;应力;三维有限元;路面;研究成果;损坏模式;实体工程;平面非线性有限元;耦合单元;工程响应;分析模型;地基沉降;处理措施
摘要：	对既有公路进行扩建改造是提高路网技术等级和通行能力最重要的方式之一，路基拓宽则是各级公路扩建工程的关键。在我国，大规模的公路改扩建始于 20世纪90年代末，并将在本世纪头二十年得到继续。然而，我国在公路拓宽方面的技术储备相对不足，由此引起的工程病害普遍存在，严重影响了公路设施的使用性能。软土地区的高速公路拓宽工程，由于地质条件的复杂性以及路面使用性能的需求，对拓宽工程的地基处理提出了更高的要求。因此，本文遵循“工程性状—损坏机理—工程对策—技术措施—影响因素— 优化设计”的研究主线，对软土地区高速公路拓宽工程中路基路面的力学响应和桩承式加筋路堤处理措施进行了详细研究，并结合实体工程进行了处理效果的跟踪观测与实践验证。 (1)针对路基拓宽工程中新老公路修建历史的差异、沉降变形的特点及其对路面结构的显著影响，采用单元生死技术和流固耦合单元，建立了软土地基上高速公路拓宽工程的平面非线性有限元分析模型，并从地基沉降、孔隙水压力、路基变形和路面应力等方面，详细分析了老路地基为天然地基和复合地基两种工况下的工程响应，进而揭示了路基拓宽工程的特殊损坏模式—基层顶面弯拉开裂。 (2)针对桩承式加筋路基这一复杂的工作系统，突破传统分析方法难以反映荷载传递耦合作用的局限，采用流固耦合单元C3D8P模拟地基土、三维薄膜单元 M3D4模拟土工格栅，并应用接触单元考虑桩土界面的状态非线性，建立了软土地基高速公路拓宽工程桩承式加筋路堤的三维有限元模型，从而通过土拱效应、土工格栅的拉膜效应，以及桩土间刚度差异引起的应力集中等方面验证了系统的工作机理。 (3)应用所建立的软土地区高速公路拓宽工程桩承式加筋路堤的三维有限元分析模型，通过桩土应力比、桩土摩擦、地基沉降、桩土差异沉降、格栅应力和路面应力等工程响应，考察了路堤高度、横断面布桩方式、桩长、纵向桩间距等主要设计参数的敏感性，并初步提出了一些设计优化的建议，可为实体工程设计提供参考。 (4)为进一步检验桩承式加筋路堤的工程适用性，根据现场条件，在沪宁高速公路(上海段)拓宽工程中进行了试验路的设计和施工。为期7个月的跟踪观测表明，处理措施合理、有效，同时验证了本文的部分研究成果。本文的各项研究成果对软土地区高速公路拓宽工程的设计具有重要借鉴意义，并为进一步的研究奠定了良好的基础。关键词：高速公路；路基；软土地基；拓宽工程；损坏模式；处理对策；桩承式加筋路堤；数值模拟；敏感性分析；现场测试；ABAQUS
作者：	钱劲松
专业：	道路与铁道工程
导师：	凌建明
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学交通运输工程学院
学位年度：	2007
正文语种：	中文