高填方路堤流變沉降本構(gòu)模型及其計(jì)算方法研究.pdf

1、隨著我國(guó)高速公路逐步向多丘多山的中西部地區(qū)延伸,在這些地區(qū)修筑高速公路不可避免地出現(xiàn)了大量填切高度在10~30米的高填方路基,如何有效計(jì)算和預(yù)測(cè)高填方路堤工后沉降,消除路堤沉降所帶來(lái)的危害已成為中西部地區(qū)公路建設(shè)科技領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。本文以粘彈性流變理論為基礎(chǔ),從對(duì)路基流變沉降的本構(gòu)模型入手,主要開(kāi)展以下研究工作:
　　(1)結(jié)合已建和在建的高填方工程實(shí)例,就高填方問(wèn)題產(chǎn)生的原因、表現(xiàn)形式以及導(dǎo)致其流變沉降的因素等問(wèn)題進(jìn)行了較為

2、深入剖析,并通過(guò)對(duì)路基填土的流變性開(kāi)展室內(nèi)試驗(yàn)研究,從流變實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方案的制訂到流變實(shí)驗(yàn)的實(shí)施,形成較為完整的巖土材料室內(nèi)流變規(guī)程,獲得了一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),為高填方路基沉降計(jì)算提供參考。
　　(2)在流變實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)巖土材料流變本構(gòu)模型的建立進(jìn)行深入探討,通過(guò)對(duì)已有流變本構(gòu)模型的優(yōu)缺點(diǎn)的比較,本文最終選擇了基于分?jǐn)?shù)階微積分的流變本構(gòu)模型,并對(duì)該類模型中普遍存在的量綱問(wèn)題進(jìn)行了探討。通過(guò)引入名義松弛時(shí)間不僅解決了本構(gòu)關(guān)系中

3、的量綱問(wèn)題,而且結(jié)合流變學(xué)中Deborah數(shù),更為深刻地揭示了巖土流變實(shí)驗(yàn)中時(shí)間尺度效應(yīng),并基于分?jǐn)?shù)階微積分理論和Mittag-Leffler函數(shù)建立了壓實(shí)土的三參數(shù)和四參數(shù)類Maxwell以及四參數(shù)類Kelvin-Voigt流變本構(gòu)模型,采用含權(quán)值的面積判定函數(shù)以及逐點(diǎn)搜索的方式,實(shí)現(xiàn)了本構(gòu)模型參數(shù)的自動(dòng)辨識(shí)。
　　(3)在建立的流變本構(gòu)模型的基礎(chǔ)上對(duì)高填方路堤在填筑過(guò)程以及工后的沉降變形問(wèn)題進(jìn)行了力學(xué)模型抽象,利用彈性半空間在

4、荷載作用應(yīng)力分布的Boussineq-Flamant解析解,按照彈性-粘彈性對(duì)應(yīng)原理,并采用基于分?jǐn)?shù)階微積分的流變本構(gòu)得到了半無(wú)限粘彈性空間下的應(yīng)力分布及位移變化的解析近似解,進(jìn)而研究了高填方路堤自身的應(yīng)力分布及變形的解析近似解,最終得到了較為完整的高填方路堤流變沉降的簡(jiǎn)化計(jì)算公式。
　　(4)基于粘彈性有限元方法,借助大型通用非線性有限元軟件ADINA,通過(guò)采用粘彈性材料模式,利用單元生死技術(shù),著重探討了高填方路堤在三維復(fù)雜邊界