交通荷載下路基土應(yīng)力、應(yīng)變量化模型及工后沉降預(yù)測(cè)研究.pdf

1、路基是路面的支承結(jié)構(gòu)物，在交通荷載作用下，路基土將產(chǎn)生顯著的永久變形，表現(xiàn)為較大的工后沉降和不均勻沉降，并逐步反映到路面，進(jìn)而影響路面結(jié)構(gòu)的使用性能和使用壽命。特別是對(duì)于零填方或低路堤情況下的公路軟基，由于交通荷載反復(fù)作用引起的路基土永久變形，是軟土地區(qū)高等級(jí)道路局部沉陷及相關(guān)病害的根源。 但是，國(guó)內(nèi)外在這一領(lǐng)域的理論及相關(guān)技術(shù)研究還遠(yuǎn)沒有系統(tǒng)、深入，一些關(guān)鍵性問題尚需通過全面的研究和相應(yīng)的實(shí)踐以后才能得到明確和解決，譬如：“交

2、通荷載下路基土中動(dòng)附加應(yīng)力的響應(yīng)模式”、“交通荷載下路基土的動(dòng)應(yīng)變特性及其計(jì)算方法”、“路基工后沉降的組成及控制措施”等。由于路基土在交通荷載作用下產(chǎn)生的動(dòng)附加應(yīng)力與永久變形至今尚未有成熟的計(jì)算模式和方法，在實(shí)際路道工程設(shè)計(jì)與建設(shè)中，仍是將車輛荷載簡(jiǎn)化為靜荷載，通過靜土力學(xué)理論來分析交通荷載下的路基土應(yīng)力、應(yīng)變行為。 基于上述情況，本文采用模型模擬試驗(yàn)、循環(huán)荷載單軸壓縮試驗(yàn)及原位監(jiān)測(cè)試驗(yàn)與理論分析相結(jié)合的方法，系統(tǒng)地研究了交通荷

3、載下路基土動(dòng)附加應(yīng)力的時(shí)空分布規(guī)律、提出了路基土動(dòng)附加應(yīng)力累積效應(yīng)的概念，探討了動(dòng)附加應(yīng)力累積與荷載次數(shù)、荷載頻率、動(dòng)附加應(yīng)力水平及深度的關(guān)系，同時(shí)根據(jù)Shakedown理論，分析了交通荷載下路基土彈性應(yīng)變、應(yīng)變硬化和應(yīng)變軟化3種應(yīng)變行為，確定了5種不同類型車輛荷載在4種不同性質(zhì)路基土中的影響深度，建立了交通荷載下路基土動(dòng)附加應(yīng)力量化模型和永久變形量化模型。最后，本文探討了交通荷載下路基土工后沉降的組成模式及其相關(guān)控制技術(shù)。研究將為道路

4、工程建設(shè)、地基處理及養(yǎng)護(hù)技術(shù)提供科學(xué)的理論基礎(chǔ)。 本文取得的主要成果和認(rèn)識(shí)包括以下幾個(gè)方面： 1、根據(jù)Kirchhoff薄板理論和Kelvin彈性地基假設(shè)，假定車輛荷載為矩形均布移動(dòng)荷載，在G.Eason等人的研究成果基礎(chǔ)上，引入速度系數(shù)的概念，并通過模型模擬試驗(yàn)，確定了速度系數(shù)的取值為0.105，推導(dǎo)了交通荷載下路基土豎向動(dòng)附加應(yīng)力的計(jì)算方法。同時(shí)，根據(jù)循環(huán)荷載單軸壓縮試驗(yàn)與數(shù)值分析，推導(dǎo)了交通荷載下路基土永久變形量化

5、模型。 2、通過模型模擬試驗(yàn)與數(shù)值分析，提出了動(dòng)附加應(yīng)力累積效應(yīng)的概念，建立了動(dòng)附加應(yīng)力累積預(yù)測(cè)方程。 3、路基項(xiàng)部在車輛荷載作用下產(chǎn)生豎向動(dòng)附加應(yīng)力變化在0～20kPa之間，隨著面層和基層厚度的增加，路基頂部豎向動(dòng)附加應(yīng)力隨之減小。路基頂部產(chǎn)生的動(dòng)附加應(yīng)力峰值與車輛載重和車速基本呈線性正比關(guān)系，隨深度呈非線性減小，豎向動(dòng)附加應(yīng)力隨深度的衰減速率略大于靜附加應(yīng)力的衰減速率。根據(jù)原位監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，確定了5種不同類型車輛荷載在4

6、種不同性質(zhì)路基土中的影響深度范圍。 4、在交通荷載作用下，路基土具有彈性應(yīng)變、應(yīng)變硬化、應(yīng)變軟化3種力學(xué)行為。當(dāng)交通荷載在路基土中產(chǎn)生的豎向動(dòng)附加應(yīng)力水平小于臨塑應(yīng)力水平時(shí)，路基土發(fā)生彈性應(yīng)變行為；當(dāng)交通荷載在路基土中產(chǎn)生的動(dòng)附加應(yīng)力水平位于臨塑應(yīng)力水平與破壞應(yīng)力水平之間時(shí)，路基土發(fā)生應(yīng)變硬化行為；當(dāng)交通荷載在路基土中產(chǎn)生的動(dòng)附加應(yīng)力水平大于破壞應(yīng)力水平時(shí)，路基土發(fā)生應(yīng)變軟化行為。 5、交通荷載下路基工后沉降變形由3部分

7、組成：路堤靜載作用下的未完成的主固結(jié)變形與次固結(jié)變形、交通荷載作用下的累積永久變形和側(cè)向變形。 6、對(duì)于一般路基軟土，如采用換填法進(jìn)行加固處理，換填深度可以確定為2～5m，對(duì)于性質(zhì)較差、交通運(yùn)營(yíng)強(qiáng)度較高的地段，可適當(dāng)增加換填深度，換填深度理論上不大于車輛荷載對(duì)路基土的影響深度。 本文建立的交通荷載下路基土中動(dòng)附加應(yīng)力量化模型，假定路基為均質(zhì)彈性半無限空間體，因此在計(jì)算非均質(zhì)層狀地基在交通荷載下產(chǎn)生的豎向動(dòng)附加應(yīng)力時(shí)，可能