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原文传递沿河路堤纵向裂缝形成机理与自治方法研究

论文题名：	沿河路堤纵向裂缝形成机理与自治方法研究
关键词：	沿河公路;路堤纵向裂缝;形成机理;变形特性;差异沉降;有限元分析;数值模拟
摘要：	我国东部沿海地区河网稠密，许多公路修建在河堤上，随着交通量的增加，河堤进行了拓宽改造。沿河公路路堤不仅要承受交通荷载的作用，还要抵抗河水的侵蚀和渗透，承担防洪的作用。沿河公路路面经常出现纵向裂缝，这些纵向裂缝规模大、养护难度大，会影响到道路通行。本文结合典型的沿河公路工程-江苏淮江公路，在研究纵向裂缝发育特征和分布规律基础上，通过室内试验、现场试验、数值模拟和理论分析相结合的方法，对路堤纵向裂缝形成机理和处治方法进行系统研究，主要研究内容及成果总结如下：　　(1)系统总结了饱和非饱和渗流场与应力场耦合分析的研究进展，全面回顾了路堤纵向裂缝形成原因与处治方法的研究成果，指出了存在的问题。　　(2)通过现场调查和室内试验，研究了沿河公路纵向裂缝的发育特征及分布规律，阐明了纵向裂缝与路堤拓宽、水位变化、路堤高度的相关关系。　　(3)选取代表性断面，通过室内试验和CPTU测试技术，研究了沿河公路新老路堤土体的物理力学特性；结合蠕变试验，研究了新老路堤土体的长期变形特性的时间效应。分析表明，老路堤土体指标优于新路堤，特别是压缩系数指标差异明显，新路堤土体蠕变特性更显著。　　(4)采用多孔介质预测渗透系数的方法，研究了基于体积含水量和基质吸力的非饱和渗透系数分析方法；介绍了饱和－非饱和渗流方程，结合有限元数值模拟，分析了季节性水位变化下饱和－非饱和非稳定渗流特点，揭示了沿河路堤内的渗流特征及规律，结论表明：浸润线和孔压在迎水面坡体内变化明显，浸润线和孔压的变化滞后于水位变化。　　(5)从流固耦合理论出发，基于虚功原理，介绍了采用位移增量和孔隙水压力增量为变量的饱和－非饱和耦合固结控制方程及有限元求解方法：在总结分析裂缝判别方法的基础上，提出了沿河公路路面纵向开裂的判别标准，即路拱横坡度和土体拉应变双控标准；以淮江公路典型路段为例，通过数值模拟和现场监测等方法，分析了沿河公路路堤沉降变形和稳定特性，以及路堤土体的拉应变发展趋势，结论表明，水位变化和路堤拓宽是造成路堤纵向开裂的主要外因，受两个外因的作用，路堤内土体的拉应变及路拱横坡比超过开裂控制标准，路堤内裂缝发展到路面上的位置，主要位于新老路堤拼接线两侧3～4m范围内。　　(6)提出了路堤纵向裂缝处治技术确定方法，为沿河路堤纵向裂缝防治提供了依据。根据路堤纵向裂缝形成机理，通过现场监测、CPTU技术测试、SASW技术论证及数值模拟等方法，论证了沿河公路纵向裂缝处治效果，分析表明，粉喷桩处治方法能从根本上消除纵向裂缝的发展，钻孔压浆处治技术短期内可控制裂缝的发展。
作者：	赵俊明
专业：	交通运输工程；道路与铁道工程
导师：	刘松玉
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文