黃土高填方路堤沉降變形規(guī)律與計(jì)算方法的研究.pdf

1、受自然條件和地理特點(diǎn)的制約，西部山區(qū)高等級(jí)公路建設(shè)中出現(xiàn)了大量的黃土高路堤。由此而引發(fā)的高路堤沉降變形問(wèn)題始終備受學(xué)術(shù)界及工程技術(shù)人員的重視。本文在總結(jié)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，圍繞黃土高路堤的沉降變形規(guī)律、沉降影響因素和沉降計(jì)算等問(wèn)題，以三處典型黃土高路堤原位試驗(yàn)為依托，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)、離心模型試驗(yàn)及有限元仿真分析等手段開(kāi)展了以下研究工作： 1.路堤壓實(shí)黃土蠕變特性研究。通過(guò)一維固結(jié)試驗(yàn)，研究壓實(shí)黃土在各種情況下的次固結(jié)特性，探討

2、了固結(jié)狀態(tài)、加載時(shí)間、加載比對(duì)壓實(shí)黃土次固結(jié)系數(shù)的影響，揭示了次固結(jié)系數(shù)與壓縮指數(shù)間的關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著固結(jié)壓力的變化，壓實(shí)黃土的次固結(jié)系數(shù)表現(xiàn)出與當(dāng)前應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)的變化規(guī)律。當(dāng)處于正常固結(jié)狀態(tài)時(shí)，次固結(jié)系數(shù)近似為一常數(shù)，且次固結(jié)系數(shù)與壓縮指數(shù)具有很好的相關(guān)性；而當(dāng)超載預(yù)壓處理后，次固結(jié)系數(shù)隨超載比和超載作用時(shí)間不同而變化。其次，進(jìn)行了不同壓實(shí)度、不同含水量情況下一維蠕變?cè)囼?yàn)，研究了高路堤填土在高應(yīng)力下的流變特性，在Kelvin模

3、型基礎(chǔ)上得出了變形隨時(shí)間和應(yīng)力變化的計(jì)算模型。 2.以三處黃土高路堤為載體，開(kāi)展了黃土高路堤沉降原位試驗(yàn)研究。試驗(yàn)中通過(guò)布置沉降杯和壓力盒等測(cè)試元件，對(duì)路堤施工及工后各過(guò)程中路堤橫斷面、填挖交界處，以及路堤填土層間土壓力與位移的變化規(guī)律進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和分析。并在此基礎(chǔ)上對(duì)黃土高路堤的沉降組成進(jìn)行了研究。 3.借助離心試驗(yàn)手段，通過(guò)不同路堤斷面形式，不同地形條件下的10組離心模型試驗(yàn)，著重對(duì)黃土高路堤沉降變過(guò)程、空間效應(yīng)對(duì)

4、沉降變形規(guī)律的影響及黃土高路堤的濕化特性進(jìn)行了研究。分析了加載期與穩(wěn)定期沉降變化規(guī)律及其構(gòu)成變化，并與原位試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比。 4.基于MARc有限元軟件，從填土高度、邊坡形式、路堤與地基模量、模量比及填土泊松比等方面對(duì)路堤沉降的影響展開(kāi)深入的探討，并分析了各因素對(duì)高路堤沉降構(gòu)成的影響。同時(shí)對(duì)空間效應(yīng)的影響及路堤的濕化性狀進(jìn)行了數(shù)值仿真分析。結(jié)果表明，路堤沉降的組成除地基沉降外，主要是路堤自身的壓縮變形量，而由填土高度、土體泊松比及路

5、堤邊坡形式等因素引起的側(cè)向變形對(duì)路堤沉降也有較大的影響。空間效應(yīng)對(duì)路堤沉降及土體應(yīng)力分布產(chǎn)生一定影響，濕化將引起路堤局部應(yīng)力水平的提高，從而產(chǎn)生邊坡失穩(wěn)。 5.黃土高路堤自身壓縮沉降計(jì)算及工后蠕變計(jì)算的研究。首先在一維分層總和法中引入壓縮模量隨填土應(yīng)力變化時(shí)的修正表達(dá)式，使路堤沉降計(jì)算時(shí)能夠考慮到不同土層壓縮模量因填土荷載增加的變化的情況；其次針對(duì)高路堤填土變形的特性，提出了側(cè)向變形影響的修正系數(shù)K表達(dá)式，使得高路堤沉降與路堤高