土工格室低路堤-剛性路面體系理論分析與試驗研究.pdf

1、相對于高路堤而言,低路堤具有占地少、造價省,符合科學發(fā)展觀的特點,近年來越來越受到工程界的親睞,但當面對一些特殊土地質,尤其在穿越軟土地區(qū)時,如果不采取有效的軟基處理措施,采用低路堤的效果往往會不盡如人意,這是由于低路堤因有限的填土高度無法有效擴散上部荷載,容易引起差異沉降量過大的問題,為解決在軟弱土地區(qū)內進行低路堤設計中的荷載擴散問題,本文提出將土工格室與其內碎石等填料組成的加筋結構層置于路基上部,構成一種新型的土工格室低路堤-剛性路

2、面結構體系。它綜合了土工格室結構層能抗彎抗剪的特點,低路堤在土地資源節(jié)約上的優(yōu)勢以及混凝土剛性路面的原材料在我國可以自給自足、更適合重交通量、設計壽命期長等長處,而具備良好的發(fā)展?jié)摿?但是對該體系的研究尚在起步階段。為此,本文結合國家自然科學基金項目“散體材料樁復合地基承載機理及其按變形控制設計理論研究”(項目編號51078138),以理論分析結合有限元數(shù)值模擬以及室內模型試驗為手段,針對此種新型結構體系的承載機理、沉降兩方面開展較為深

3、入、系統(tǒng)的研究,主要工作分為以下幾點:
　　(1)通過對國內外已有的相關文獻的總結分析,較為全面的梳理有關低路堤結構、路基對交通荷載的響應,以及作為加筋土類中重要一員的土工格室的應用與加固機理的知識,作為對本文提出的新體系進行深入研究的基礎性資料。
　　(2)針對土工格室結構層作為下面層的適用性開展了研究,主要分為土工格室結構層的抗彎能力和抗沖刷能力兩部分。在研究土工格室結構層的抗彎能力時,通過有限元反分析,定量的建立起彎曲

4、模量與跨中撓度的經(jīng)驗關系,可作為同類型實驗的數(shù)據(jù)處理工作的參考;進一步,設計了6組疊梁試驗來研究土工格室結構層的彎曲模量測定及其影響因素,試驗結果表明:格室的展開寬度對彎曲模量值有較大的影響,在實際工程中應盡可能的將格室展開至近正菱形。在分析剛性路面下基層的沖刷機理時,認為沖刷現(xiàn)象的內因可歸結為積聚于板底的自由水的浸泡軟化作用,外因是交通荷載導致的動水壓力的反復沖刷作用。而采用土工格室碎石結構層不但可以在剛性路面下形成良好的排水通道,使

5、滲入水分可以及時排出,而且因為土工格室碎石結構層獨特的強度與剛度的形成機理,它受到的水的軟化作用較小;借鑒土工膜袋防沖刷的成功經(jīng)驗,在土工格室結構層上覆一層透水土工布,可減少動水壓力對結構層的直接沖刷作用,保證它的抗沖刷能力。
　　(3)全面地闡述了本文所提出的土工格室低路堤-剛性路面結構體系,說明了軟弱土地區(qū)的土工格室低路堤-剛性路面結構體系的主要組成部分及各部分的功能,并深入地研究了該結構體系承載特性。利用數(shù)值分析軟件ADNI

6、A建立起平面應變模型,計算了交通荷載產生的應力與變形在路堤中的擴散問題,證明了土工格室結構層的存在將大大改善混凝土路面板的受力狀態(tài),并讓路基內部應力更快的衰減。在工程設計實用性計算方面,研究結果表明,可用現(xiàn)行規(guī)范中的彈性地基雙層板計算模型來分析新體系的路面板臨界荷位處的荷載應力。
　　(4)通過有限元模擬計算,定性地比較了路面下有無土工格室結構層時的變形特點,證明了設置土工格室結構層可以有效減小地基表面的差異沉降;而與設置同樣厚度

7、同樣參數(shù)的土工格室墊層于地基表面的情況進行了對比研究時,發(fā)現(xiàn)總沉降值在采用土工格室結構層時比以墊層形式置換出軟基中的部分軟土時明顯減小,而在控制差異沉降的表現(xiàn)上兩者相當。進一步對可能影響到板間差異沉降的7個因素設計了3個水平的正交試驗,對以板間差異沉降為試驗指標時進行的極差分析與方差分析都表明,各因素的影響大小順序為:土工格室結構層厚度>低路堤高度>軟基模量>低路堤填土的模量>土工格室結構層模量>路面板厚度>路面板模量,所以要控制好板間

8、差異沉降,最有效的方法是提高土工格室結構層的高度和低路堤的填土高度。
　　(5)基于相似理論,設計并完成了兩組具有可比性的室內模型試驗,將模型試驗中的六個小項分成三個階段來進行,藉此來比較有無土工格室結構層時兩種體系工作性能的差異,以研究土工格室低路堤-剛性路面體系的承載和變形特性。試驗中采用加裝變速箱的強制式攪拌機驅動將圓周運動轉變?yōu)橥鶑椭本€運動的連桿體系,成功的控制了小車運動距離和速度,實現(xiàn)了交通荷載的周期性模擬。試驗結果驗證