基于渐近均匀化理论的土工格栅加筋路堤沉降计算

论文摘要

土工格栅具有优良的材料性能,将其加入路基土中后,土体强度和刚度得到提高,可有效减少路基不均匀沉降和总体沉降、限制侧向位移、防止桥台跳车等。相比一般路基处理方法,土工格栅加筋路堤具有造价低廉、技术简单、施工工期短、对各类地基实用性较好等优点,因此在工程上得到了更加广泛的运用。目前,对土工格栅加筋路堤承载力的研究水平远远高于沉降问题的研究。一些学者对土工格栅加筋土沉降问题进行了模型试验和有限元分析,取得了一些成果,但仍缺乏较为成熟的可直接用于工程计算的理论方法。鉴如此,本文基于渐近均匀化理论提出了一种新的用于计算水平向增强体(土工格栅)复合地基沉降的理论方法。主要研究内容如下:(1)针对土工格栅加筋土具有周期性结构的特点,提出了用于计算加筋路堤沉降的渐近均匀化方法,总结了基于渐近均匀化理论计算宏观有效弹性常数的步骤。(2)以工程实例为原型,利用渐近均匀化程序计算得到的加筋路堤等效模量,采用《公路路基设计规范》沉降计算公式(分层总和法),求得了加筋路堤总体沉降量,与工程实测值进行了对比,证明了其可行性。(3)结合模型试验及工程实例,将渐近均匀化方法求得的复合变形模量计算值与载荷试验的实测值对比表明,渐近均匀化方法计算成果是合理的。(4)结合工程实例,运用渐近均匀化方法分析了土工格栅加筋路堤沉降变形影响因素,结果表明:加筋层间距、土工格栅模量、网格尺寸为一合理值时,加筋效果较好,且土工格栅对于软土加筋效果较明显。通过对工程实例的验算,基于渐近均匀化理论的沉降计算值比实测值约偏大9%,表明该理论用于土工格栅加筋路堤沉降计算是有效的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 加筋土基本理论
• 1.1.1 加筋土的定义及分类
• 1.1.2 加筋土的筋—土间作用机理
• 1.1.3 加筋土技术的工程应用
• 1.2 土工格栅加筋土发展概况
• 1.2.1 土工格栅的研究现状
• 1.2.2 土工格栅加筋土研究现状
• 1.3 加筋土复合地基的沉降计算
• 1.3.1 复合地基沉降量的组成
• 1.3.2 加筋土路基沉降量的组成
• 1.3.3 现行路堤沉降计算方法及分析
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 渐近均匀化理论概述
• 2.1 周期性结构体的渐近均匀化理论
• 2.2 线弹性条件下渐近均匀化理论的数学模型
• 2.2.1 渐近均匀化理论的推导过程
• 2.2.2 计算有效弹性常数
• 2.3 周期性边界条件
• 2.4 基于均匀化理论求解线弹性条件下结构体的有效弹性常数
• 2.4.1 细观均匀化问题
• 2.4.2 计算宏观有效弹性常数
• 2.4.3 渐近均匀化理论的程序实现
• 第3章 土工格栅加筋路堤的渐近均匀化沉降计算
• 3.1 复合模量的研究现状
• 3.2 土工格栅复合地基单胞有限元模型的建立
• 3.2.1 工程概况
• 3.2.2 本构模型
• 3.2.3 单元类型的选择
• 3.2.4 单胞三维有限元计算模型体系
• 3.3 土工格栅加筋路堤复合模量基于均匀化理论的程序计算
• 3.3.1 渐近均匀化方法程序实现
• 3.3.2 计算结果
• 3.4 结果比较分析
• 3.5 模型试验及工程实例中复合变形模量的计算与对比
• 3.6 工程实例中沉降的计算与对比
• 第4章 基于渐近均匀化理论沉降变形影响因素分析
• 4.1 土工格栅加筋层间距对沉降变形的影响
• 4.2 土工格栅模量对沉降变形的影响
• 4.3 路堤填土模量对沉降变形的影响
• 4.4 土工格栅平面形式及尺寸规格对沉降变形的影响
• 4.5 土工格栅加筋路堤施工质量对沉降变形的影响
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文与研究成果