交通荷載下路基土應力、應變量化模型及工后沉降預測研究.pdf

1、路基是路面的支承結(jié)構物，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，進而影響路面結(jié)構的使用性能和使用壽命。特別是對于零填方或低路堤情況下的公路軟基，由于交通荷載反復作用引起的路基土永久變形，是軟土地區(qū)高等級道路局部沉陷及相關病害的根源。 但是，國內(nèi)外在這一領域的理論及相關技術研究還遠沒有系統(tǒng)、深入，一些關鍵性問題尚需通過全面的研究和相應的實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附加應力的響應模式”、“交通荷載下路基土的動應變特性及其計算方法”、“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)生的動附加應力與永久變形至今尚未有成熟的計算模式和方法，在實際路道工程設計與建設中，仍是將車輛荷載簡化為靜荷載，通過靜土力學理論來分析交通荷載下的路基土應力、應變行為。 基于上述情況，本文采用模型模擬試驗、循環(huán)荷載單軸壓縮試驗及原位監(jiān)測試驗與理論分析相結(jié)合的方法，系統(tǒng)地研究了交通荷

3、載下路基土動附加應力的時空分布規(guī)律、提出了路基土動附加應力累積效應的概念，探討了動附加應力累積與荷載次數(shù)、荷載頻率、動附加應力水平及深度的關系，同時根據(jù)Shakedown理論，分析了交通荷載下路基土彈性應變、應變硬化和應變軟化3種應變行為，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附加應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控制技術。研究將為道路

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

5、模型。 2、通過模型模擬試驗與數(shù)值分析，提出了動附加應力累積效應的概念，建立了動附加應力累積預測方程。 3、路基項部在車輛荷載作用下產(chǎn)生豎向動附加應力變化在0～20kPa之間，隨著面層和基層厚度的增加，路基頂部豎向動附加應力隨之減小。路基頂部產(chǎn)生的動附加應力峰值與車輛載重和車速基本呈線性正比關系，隨深度呈非線性減小，豎向動附加應力隨深度的衰減速率略大于靜附加應力的衰減速率。根據(jù)原位監(jiān)測試驗，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，路基土具有彈性應變、應變硬化、應變軟化3種力學行為。當交通荷載在路基土中產(chǎn)生的豎向動附加應力水平小于臨塑應力水平時，路基土發(fā)生彈性應變行為；當交通荷載在路基土中產(chǎn)生的動附加應力水平位于臨塑應力水平與破壞應力水平之間時，路基土發(fā)生應變硬化行為；當交通荷載在路基土中產(chǎn)生的動附加應力水平大于破壞應力水平時，路基土發(fā)生應變軟化行為。 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、對于一般路基軟土，如采用換填法進行加固處理，換填深度可以確定為2～5m，對于性質(zhì)較差、交通運營強度較高的地段，可適當增加換填深度，換填深度理論上不大于車輛荷載對路基土的影響深度。 本文建立的交通荷載下路基土中動附加應力量化模型，假定路基為均質(zhì)彈性半無限空間體，因此在計算非均質(zhì)層狀地基在交通荷載下產(chǎn)生的豎向動附加應力時，可能