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原文传递交通荷载作用下软土路基残余变形理论预测

论文题名：	交通荷载作用下软土路基残余变形理论预测
关键词：	交通荷载;荷载作用;软土路基;残余变形;循环荷载;塑性本构模型;一维固结理论;弹塑性;孔隙水压力;不排水强度;动孔压模型;计算;高速公路;动三轴试验;饱和软粘土;路基土;硬化;竖向应力;行车荷载;塑性模型
摘要：	近二十年来，我国高速公路建设发展迅猛。由于地理条件的限制，很多高速公路不可避免地建造在深厚软土地基上。软土的高压缩性、低强度等特点导致许多高速公路在建成运营后很快出现路面沉陷、开裂和桥头跳车等病害。交通荷载作用下软土路基的残余变形是一个值得深入研究的课题。目前对于交通荷载作用下软土路基的残余变形研究尚处于经验模型阶段，对变形机理没有进行系统地研究。本文围绕交通荷载作用下软土路基残余变形机理展开工作，主要内容有： (1)基于弹性多层体系理论，将行车荷载简化为双圆均布垂直荷载，计算行车荷载作用下路基顶面和路基土中竖向应力分布。分析了路面结构层厚度和基层刚度对竖向应力的影响，建立了连续半正弦波加载和一定时间间隔半正弦波加载的路基附加动应力模式。 (2)分析了循环荷载作用下孔隙水压力的影响因素，综述了国内外学者的一些动孔压模型。建立了能考虑等向固结和非等向固结饱和软粘土在循环荷载作用下残余孔隙水压力的计算模型，并且基于前人的室内动三轴试验结果确定了模型计算参数，验证了模型的合理性。 (3)在饱和超固结粘土不排水强度计算的基础上，引入循环荷载作用损伤因子，建立了循环荷载作用下正常固结饱和粘土不排水强度和循环荷载作用后排水再固结强度的计算方法，同时对循环荷载作用后再固结系数对粘土强度增长的影响进行了分析。 (4)在新的应力坐标空间，以塑性硬化模量场理论为基础，结合等向硬化和移动硬化的混合硬化准则，建立了新型的不排水循环荷载作用下多面弹塑性本构模型。推导了适合常规三轴试验、直剪试验和平面应变试验的多面弹塑性本构方程。采用新型多面弹塑性本构模型，结合所建立循环荷载作用下的孔压模型，对饱和软粘土的动三轴试验进行模拟。同时，所建立的多面弹塑性模型的正确性得到了验证。 (5)对太沙基一维固结理论进行改进，使得经典的一维固结理论可以近似模拟三维固结问题，建立了循环荷载作用下考虑部分排水的饱和粘土的一维固结方程。利用所建立的多面弹塑性本构模型、孔压模型和固结方程对交通荷载作用下软土路基的残余变形进行预测，同时分析了路基的排水性能对交通荷载作用下路基残余变形的影响。本文建立了交通荷载作用下软土路基残余变形系统研究方法，同时考虑了超孔隙水压力对路基土体强度的影响和路基土体的弹塑性，较为全面地预测了交通荷载作用下软土路基的残余变形，对道路工程计算理论的发展和高速公路建设具有重要的意义。关键词：交通荷载;软土路基；动孔压模型；不排水强度；损伤因子；多面弹塑性模型；残余沉降；固结方程
作者：	顾中华
专业：	岩土工程
导师：	高广运
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学土木工程学院
学位年度：	2005
正文语种：	中文