【博士】軟土地基上高速公路加寬變形特性及差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)研究【2006】

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　　學(xué)科專業(yè)：道路與鐵道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：東南大學(xué)　　學(xué)位年度： 2006年　　近幾年來交通量持續(xù)增長(zhǎng)，原來高速公路的通行能力已不能滿足要求。根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，高速公路在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行加寬是合理選擇。我國(guó)東南沿海地區(qū)的高速公路大多修筑在軟土地基上，由于軟土地基固有復(fù)雜的技術(shù)特性，高速公路相應(yīng)的加寬工程將更加復(fù)雜。綜觀現(xiàn)有的軟土地基上高速公路加寬工程，一般遇到的關(guān)鍵技術(shù)問題有新老路基的相互作用，新老路基結(jié)合部的處治、新老路軟基處理及差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)等。本文針對(duì)軟土地基上高速公路加寬工程中路基變形特性和差異沉降標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了深入研究．　　由于求解Biot固結(jié)方程一般較為困難，需要借助數(shù)值積分才能得到最終結(jié)果，不便于工程應(yīng)用。論文首先假定地基為Blot介質(zhì)，根據(jù)條形面積上梯形荷載作用特性求得了加寬路堤荷載作用下地基中初始超靜孔隙水壓力及有效應(yīng)力表達(dá)式，進(jìn)而求得了瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降和最終沉降解析式。分析結(jié)果表明，加寬路堤荷載作用下，其下方出現(xiàn)了高附加應(yīng)力區(qū)和高超孔壓區(qū)；地表沉降呈現(xiàn)老路堤中心最小、加寬路堤斷面形心垂線位置最大的分布形式，變化規(guī)律和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料一致?！　∑浯危浕系募訉捁こ?，由于土體本構(gòu)模型、加載歷時(shí)、邊界條件等的復(fù)雜性，采用解析解解決問題遠(yuǎn)不能滿足工程需求。論文采用有限元軟件ABAQUS對(duì)軟基上加寬路堤性狀進(jìn)行了系統(tǒng)分析，包括加寬荷載作用下軟基中的附加應(yīng)力場(chǎng)，位移場(chǎng)和超孔隙水壓力分布場(chǎng)，加寬施工期老路堤表面沉降、新老路堤表面沉降、橫坡比及新老路堤坡腳水平位移等；考察了加寬路堤寬度、加寬路堤高度、加寬路堤剛度、加寬路堤填料重度、軟基深度、軟基剛度及老路固結(jié)程度等因素對(duì)加寬性狀的影響。　　為保證加寬工程新老路基的均勻性，采用土工合成材料加筋具有良好的效果。為了深入研究加筋路基的變形特性，論文結(jié)合寬工程加筋路堤離心模型試驗(yàn)，對(duì)加筋效果進(jìn)行了分析。并研究了筋材模量、鋪設(shè)位置、嵌入老路堤長(zhǎng)度及地基剛度等對(duì)加筋效果的影響，比較現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料與計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，二者具有一致性。對(duì)于控沉梳樁復(fù)合地基，分析了填土高度、筋材模量、樁體模量和固結(jié)時(shí)間對(duì)沉降、土拱效應(yīng)、拉膜效應(yīng)等的影響，并考察了墊層剛度、樁帽大小和樁問距對(duì)沉降的影響，研究了復(fù)合地基中筋材的鋪設(shè)位置，數(shù)值分析和實(shí)測(cè)資料表明，帶帽控沉梳樁復(fù)合地基能有效減小沉降。此外，分析了老路軟基不處理、粉噴樁處理和塑料排水板處理時(shí)，加寬路堤軟基分別采用這些方式時(shí)的路堤變形，對(duì)加寬工程軟基處治提出了建議?！　≌撐目疾炝嗣鎸雍穸?、面層模量、新老路基層模量之比及差異沉降等對(duì)加寬工程路面開裂的影響。研究成果表明增加面層厚度、減小面層模量和差異沉降、使新老路基層模量接近能降低路面開裂的可能性；　　同時(shí)．分析了對(duì)稱和非對(duì)稱荷載圖式下加筋延緩加寬工程路面開裂的橋聯(lián)增韌作用．最后，為了研究加寬路基不均勻沉降對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響，根據(jù)路面橫坡，縱坡和平整度要求探討路面功能性要求，應(yīng)用平面有限元理論分析了差異沉降在旅工期老路面和工后新路面中引起的附加應(yīng)力，探討了路面結(jié)構(gòu)性要求容許的差異沉降。綜合路面功能性要求和結(jié)構(gòu)性要求兩方面提出了加寬工程中差異沉降的控制標(biāo)準(zhǔn)，并與其他方法和已有工程實(shí)踐進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了標(biāo)準(zhǔn)的合理性?！　?

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