基于多相模型均勻化理論的公路復(fù)合地基和加筋路堤力學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、復(fù)合地基由于施工速度快、沉降可控制的特點(diǎn)成為高速公路、鐵路及其橋頭過(guò)渡段等工程軟土地基處理的主要措施。同時(shí)隨著土工加筋技術(shù)的發(fā)展，土工合成材料在高速公路的建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。雖然復(fù)合地基和加筋路堤技術(shù)在高速公路建設(shè)中積累了較豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，但復(fù)合地基和加筋路堤力學(xué)性質(zhì)的研究還不夠深入。
　　本文將復(fù)合地基的樁體看作是加筋體，根據(jù)復(fù)合地基和加筋路堤的共同特征，即加筋體以周期形式分布在基質(zhì)體中，加筋體的剛度和強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基質(zhì)體的剛

2、度和強(qiáng)度且加筋體之間的尺度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于整個(gè)結(jié)構(gòu)體的尺度，由此引入多相模型和均勻化理論，同時(shí)運(yùn)用屈服設(shè)計(jì)對(duì)高速公路復(fù)合地基和加筋路堤的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，取得如下成果：
　　1．將復(fù)合地基和加筋路堤看作是由基質(zhì)體和加筋體組成的兩相系統(tǒng)，根據(jù)變形體虛功原理和熱力學(xué) Clausius-Duhem不等式分別導(dǎo)出了其平衡微分方程和本構(gòu)方程，在基質(zhì)體與加筋體完全粘接的條件下，把基質(zhì)體與加筋體看作是宏觀均勻化結(jié)構(gòu)體，根據(jù)其周期性及漸近展開(kāi)導(dǎo)出

3、宏觀微分方程，并得到了均勻化系數(shù)。
　　2．根據(jù)復(fù)合地基的基質(zhì)體和加筋體的平衡微分方程以及各自的本構(gòu)關(guān)系和相互作用，得出了樁土應(yīng)力比的解析表達(dá)式；在完全粘接條件下，利用均勻化理論導(dǎo)出了樁體荷載分擔(dān)比的解析表達(dá)式。
　　3.利用均勻化理論和宏觀屈服條件對(duì)路堤下復(fù)合地基的承載力進(jìn)行了研究，得出復(fù)合地基承載力的上限；根據(jù)承載力為加固區(qū)相對(duì)寬度的函數(shù)，得出在不同相對(duì)寬度條件下復(fù)合地基承載力無(wú)量綱參數(shù)的計(jì)算公式。
　　4.利用均

4、勻化理論和屈服設(shè)計(jì)對(duì)路堤下復(fù)合地基沉降進(jìn)行分析研究，針對(duì)路堤的分級(jí)填筑使復(fù)合地基上荷載逐級(jí)增加的實(shí)際情況，并考慮初始應(yīng)力場(chǎng)對(duì)加固區(qū)沉降的影響，將路堤下的復(fù)合地基沉降分為四個(gè)階段，并得到相應(yīng)各階段的計(jì)算公式。
　　5.利用多相模型和屈服設(shè)計(jì)對(duì)加筋路堤的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，根據(jù)屈服設(shè)計(jì)的上限定理，得到加筋路堤的上限值為路堤填料的內(nèi)摩擦角和加筋體長(zhǎng)度與路堤相對(duì)高度的函數(shù)，并獲得了加筋路堤穩(wěn)定性的臨界高度和控制加筋路堤的破壞條件。