基于應(yīng)力波理論的高速公路軟土地基動(dòng)力沉降解析.pdf

1、軟土地基沉降問(wèn)題一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者孜孜以求地尋求著解決的思路和方法的問(wèn)題，并提出了諸多的理論和技術(shù)措施，但迄今還未有一個(gè)成熟的理論和技術(shù)措施能夠得到一致的肯定，這與土體本身的復(fù)雜性以及土力學(xué)和土動(dòng)力學(xué)理論學(xué)科的發(fā)展水平有關(guān)。本文結(jié)合大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)資料、應(yīng)力波理論和Biot波動(dòng)理論和動(dòng)力固結(jié)理論的思考，認(rèn)為無(wú)論是在土力學(xué)理論和工程技術(shù)措施的應(yīng)對(duì)方面，都忽略了移動(dòng)荷載(包括壓實(shí)荷載、汽車(chē)荷載和列車(chē)荷載)對(duì)軟土地基沉降的影響，這對(duì)沉降

2、有時(shí)是決定性的，由此引起的問(wèn)題就是無(wú)論是在沉降的機(jī)理認(rèn)識(shí)還是在沉降理論的建立中都會(huì)忽略這一關(guān)鍵影響因素。本文就是基于這樣一個(gè)認(rèn)識(shí)，從移動(dòng)荷載形成的應(yīng)力波傳播理論特征和機(jī)理，認(rèn)為動(dòng)荷載的作用機(jī)理就是應(yīng)力波(縱波和橫波)在軟土地基的傳播機(jī)理，動(dòng)荷載與靜荷載的區(qū)別其實(shí)是作用頻率的高低之分和作用對(duì)象的響應(yīng)不同之分，應(yīng)用Biot動(dòng)力固結(jié)理論和Biot波動(dòng)理論，分析了飽和介質(zhì)和橫觀各向同性飽和介質(zhì)中應(yīng)力波的傳播特征，并結(jié)合室內(nèi)外試驗(yàn)重點(diǎn)

3、分析了壓實(shí)移動(dòng)荷載在軟土地基中的傳播及其作用機(jī)理，并據(jù)此對(duì)軟土地基的沉降機(jī)理進(jìn)行新的詮釋?zhuān)?duì)傳統(tǒng)總沉降中瞬時(shí)沉降、主固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降做出了新的解釋。本文在這一領(lǐng)域內(nèi)的研究?jī)?nèi)容和成果主要有：1)在Lagrange坐標(biāo)下，用彈性動(dòng)力學(xué)及分析力學(xué)的方法，重新推導(dǎo)了Biot動(dòng)力固結(jié)方程及波動(dòng)方程，對(duì)Biot動(dòng)力固結(jié)方程及波動(dòng)方程的建立有了更深一步的認(rèn)識(shí)。2)通過(guò)編制程序計(jì)算所得飽和介質(zhì)和橫觀各向同性(簡(jiǎn)稱(chēng)TI)飽和介質(zhì)中三

4、種體波(P1縱波、P2縱波及S橫波)的應(yīng)力波傳播速度與實(shí)測(cè)波速較接近，同時(shí)對(duì)兩種介質(zhì)中影響應(yīng)力波傳播的諸因素(滲透系數(shù)、粘滯系數(shù)、孔隙度及應(yīng)力波入射角度)進(jìn)行了詳盡的分析研究，為移動(dòng)荷載對(duì)軟土地基沉降作用的機(jī)理和分析計(jì)算提供了保障。3)利用Zienkewicz判別準(zhǔn)則，界定了移動(dòng)荷載如路基填筑過(guò)程中壓路機(jī)荷載及路基竣工后的汽車(chē)荷載對(duì)地基固結(jié)的影響是不容忽視的。4)首次建立了壓實(shí)移動(dòng)荷載模型，分析計(jì)算了移動(dòng)荷載在軟土地基中應(yīng)力

5、波(三種體波P1、P2壓縮波及S剪切波)的傳播特征、對(duì)軟土地基沉降的影響機(jī)理以及動(dòng)荷載的影響深度，計(jì)算表明，在常規(guī)振動(dòng)壓路機(jī)的作用下，剪切波主要作用在軟土地基的淺層范圍約6m～8m之間，而P2壓縮波作用范圍在約18m～28m之間，而P1波的作用深度可達(dá)58m。5)從Biot波動(dòng)理論的角度重新認(rèn)識(shí)了移動(dòng)循環(huán)荷載形成的應(yīng)力波對(duì)沉降的影響，以及影響循環(huán)荷載作用效應(yīng)的重要因素，對(duì)軟基沉降機(jī)理、沉降的組成部分的重新認(rèn)識(shí)提供了理論基礎(chǔ)

6、。6)從移動(dòng)荷載形成的應(yīng)力波作用深度推斷，公路和道路竣工通車(chē)后，汽車(chē)荷載對(duì)軟土地基的反復(fù)作用是軟土地基產(chǎn)生長(zhǎng)期位移變形——剪切變形和壓縮變形并由此產(chǎn)生次固結(jié)變形的真正原因所在。7)通過(guò)Biot波動(dòng)理論和室內(nèi)動(dòng)三軸試驗(yàn)成果說(shuō)明了，移動(dòng)荷載中剪切波的反復(fù)作用是引起軟土地基側(cè)向變形并由此產(chǎn)生附加沉降的主要原因，此變形及沉降伴隨著路基填筑的整個(gè)過(guò)程甚至運(yùn)營(yíng)過(guò)程，因此，將移動(dòng)荷載作用下因剪切波引起的附加沉降定義為瞬時(shí)沉降更切合實(shí)際，

7、并解決了一直以來(lái)瞬時(shí)沉降的發(fā)生的機(jī)理和階段的爭(zhēng)議。8)我國(guó)規(guī)范和教材中將沉降分為瞬間沉降、主固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降三階段是不嚴(yán)謹(jǐn)和不科學(xué)的。由剪切變形引起的瞬時(shí)沉降伴隨著沉降的整個(gè)過(guò)程，而由壓縮變形和剪切變形引起固結(jié)變形(包括主固結(jié)和次固結(jié))具有相同的物理機(jī)理，這一特性決定了固結(jié)變形是不同外荷載作用下軟土地基不同的變形響應(yīng)，傳統(tǒng)意義上的沉降三階段中的各沉降組成部分其實(shí)存在于沉降變形的整個(gè)過(guò)程，因此，有必要對(duì)沉降三階段論進(jìn)行重