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原文传递路堤荷载下公路软基侧向变形规律研究

论文题名：	路堤荷载下公路软基侧向变形规律研究
关键词：	公路软基;侧向变形;蠕变;路堤荷载;数值分析
摘要：	我国沿海地区广泛分布较深厚的海相、滨海相淤泥和淤泥质软土，具有高含水量、高压缩性、低强度、低渗透性和高灵敏度等特点，地基稳定性差。软土路基的变形除了竖向沉降变形外，还有侧向变形。因为一般路段的长宽比L/B≥10，属于平面应变问题，随着路基内竖向应力、水平应力和剪应力的增加和塑性区的开展，地基土产生侧向位移，并在施工期和运行期(工后)长期存在。在软土地区修建高等级公路，路基的变形与稳定是最突出的两大问题。岩土工程师们不仅要关心路基本身的沉降变形，而且要十分关注路基的侧向变形问题。在实际工程中，如高速公路桥头，常常由于路堤堆载超载引起土层侧向位移，导致相邻桩基产生水平偏位，从而引起桥梁等结构功能失效或引发事故。 (1)基于目前软基侧向变形理论的研究，首先进行了文献综述，总结现有的软基侧向变形分析理论、试验成果和计算方法，分析了软土路基侧向变形的主要影响因素。 (2)简要介绍了软土蠕变理论，采用孙钧的理论，采用非线性弹簧代替麦钦特模型中的线性弹簧修正麦钦特模型，使改进的麦钦特模型能描述软土固结过程中的非线性蠕变特性，将非线弹粘性模型和比奥固结理论耦合计算路堤堆载下公路软基侧向位移，根据有限元求解了非线性弹粘性Biot固结侧向变形的方法，推导出了考虑软土流变和渗流的二维固结过程中路堤荷载下公路软基侧向变形有限元求解的表达式，并采用Fortran语言编制了路堤荷载下公路软基侧向变形有限元计算程序。 (3)采用二维平面有限元程序Plaxis对路堤堆载施工中公路软基的侧向变形进行了数值分析，建立了典型的路堤堆载施工有限元计算模型，分析了有限元计算参数对软基侧向变形的影响。得出随着修正压缩系数Z的增大，路堤荷载下公路软基侧向变形的影响逐渐减小；随着修正压缩系数κ<'>的增大，路堤荷载下公路软基侧向变形逐渐增大；随着修正压缩系数μ<'>的增大，路堤荷载下公路软基侧向变形逐渐增大，为有限元程序Plaxis模拟广珠高速公路K11+196断面的路堤堆载施工过程中计算参数的选取提供了参考。 (4)采用二维平而有限元分析程Plaxis序对某高速公路K11+196断而路堤堆载施工进行了数值模拟，将数值结果与实测结果进行对比分析，分析了路堤堆载下公路软基侧向变规律。根据Plaxis数值模拟得到路堤坡脚处横断面的侧向变形曲线可知，侧向位移变化呈现随软基深度先增大后减小的趋势。侧向位移在堆载预压期增加迅速，每级填土荷载期间的变化情况，而当每级填土荷载加载完毕后的预压期间，土体侧向位移开始膨胀变大；对侧向位移与竖向位移关系曲线分析可知，存加载的过程中，竖向沉降与侧向位移同步增加，只是在加载初期，竖向沉降的增长明显比侧向位移要快；对路堤不同堆载高度时软基侧向位移等值线云图分析可知，随着路堤填筑高度的增加，侧向位移分布区逐渐由坡面向坡内发展。从路堤堆载下软基侧向位移场的发展情况来看，随着路堤填筑高度的增加，软基最大侧向位移的位置由路堤坡脚与软基交界处向淤泥质粘土层中发展，发生在路堤上肩与脚趾中间的垂直软基部分，以该部分为对称，向两边逐渐减小，侧向位移等值线在淤泥质粘土层较为密集，直至路堤堆载施工的结束，施工完成后，以最大侧向位移为中心，侧向位移等值呈现出“椭圆”的形态分布于软基的淤泥质土层中。 (5)最后，结合广东某高速公路监测数据，利用本文非线弹粘性模型和比奥固结理论耦合侧向变形有限元计算程序K11+196断面侧向位移，并将计算结果与Plaxis有限元数值模拟结果和K11+196断面监测数据进行了对比分析，随深度的增加，其水平位移逐渐变大，即方向朝向路堤外，并在中部深度处其水平位移绝对值达到最大值，这一点与数值分析结果一致；但在此深度以下，其水平位移值迅速减小，与数值分析结果中减小缓慢的形态不同。采用本文非线弹粘性模型和比奥固结理论耦合侧向变形有限元程序计算K11+196断面处最大侧向位移-荷载-时间曲线，可知软基土在水平方向具有“侧向膨胀一收缩”的变形特性。随固结过程的进行，其减小的速率越来越慢，并最终趋于恒定，从而验证了非线弹粘性模型和比奥固结理论耦合方法计算路堤荷载下公路软基侧向变形的正确性，为实际高速公路工程软土侧向变形预测提供较准确的理论指导。
作者：	吴少勇
专业：	岩土工程
导师：	汤连生
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中山大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文