论文摘要
近些年来,在高等级公路的建设过程中,频繁遇到半填半挖路基的修筑问题。由于半填半挖路基一侧为原状路基,一侧为新填路基,所以交界面两侧土的物理力学性质有很大的差别,再加上沉降时间不同,成为很难解决的工程问题。要解决上述问题,最可行、最经济的办法就是采取合理的路基结构,减小差异沉降,加强新填路基和原状路基间的整体性。对于山区半填半挖路基,可以采用土工合成材料(如土工格栅、土工格室等),一方面靠土工合成材料的抗拉强度增加新填部分和原状路基之间结构联系,使两者具有足够的整体性,另一方面可明显减少半填半挖路基的不均匀沉降。本文根据绍怀高速公路溆浦连接线半填半挖路基的实际情况,在室内进行了三组半填半挖路基的模型试验。模型试验原状路基用加石灰土,以模拟原状路基的先期固结沉降和强度差别,新填路基采用不加石灰土,模拟施工顺序分层填筑。加载装置采用砝码进行重力加载,模型试验的沉降和应力采用沉降标和压力盒进行测量。试验数据表明,土工材料的效果明显,并根据试验数据系统分析了土工材料的在半填半挖路基中的作用效果和力学机理。另外,本文还以工程实例为背景,拟定比较合理的半填半挖路基结构,并运用大型有限元分析软件ANSYS进行有限元分析。为了更好的模拟现场情况,采用ANSYS软件的生死单元的功能,先计算地基和原状路基在自重下的沉降和应力,再读取初始应力场,然后分层填筑新路基。就不同半填半挖路基结构在不同的情况(主要指不同的路基高度、路基宽度、不同地基模量、不同的加筋材料和不同加筋层数等)下,对土工合成材料减少半填半挖不均匀沉降的效果进行分析计算,结果表明,土工格栅,特别是土工格室对减小路基的差异沉降和使路基内部的应力均匀化效果显著。讨论了半填半挖路基在不同情况下的变形特征和沉降规律。最后,本文根据实际情况建立了车辆的简化加载模型,模拟了车辆在路面上的瞬时动载情况。结果表明,加土工材料不管是对车辆动载的瞬时最大沉降和循环荷载下的最终沉降都效果显著。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 课题研究的背景及意义1.2 半填半挖路基国内外研究概况1.3 相似理论和模型实验的发展概况及实验机理1.3.1 相似理论与模型实验1.3.2 模型试验的意义和现状1.4 半填半挖路基差异沉降的分析概况1.4.1 土工合成材料在公路工程中的应用概况1.4.2 路基沉降的计算方法1.5 本文的研究思路及主要内容第2章 半填半挖路基的病害特征及土工材料应用机理2.1 半填半挖路基路面常见的病害2.1.1 半填半挖路基衔接处产生的裂缝2.1.2 不均匀沉降2.1.3 路基滑动2.2 沉降变形理论分析2.3 土工合成材料在半填半挖路基中的应用机理2.3.1 土工合成材料概述2.3.2 土工合成材料在公路工程中的适用范围2.3.3 土工合成材料在半填半挖路基结构中的作用机理第3章 半填半挖路基的模型试验分析3.1 实验目的3.2 实验方案3.3 室内模拟试验概况3.3.1 实验用土3.3.2 石灰土强度形成机理3.3.3 实验装置的设计与制作3.4 实验过程3.4.1 试验土的加灰拌和3.4.2 试验前土的含水量的率定3.4.3 土工格栅和土工格室的铺设3.4.4 试验土的压实3.4.5 路基边坡外形的修整3.4.6 进行加载3.5 实验结果分析第4章 半填半挖路基有限元分析4.1 有限元分析方法概述4.2 土工合成材料加筋土有限元离散化模型4.3 土体单元特性分析4.3.1 土体本构模型选取4.3.2 屈服准则4.3.3 流动准则4.3.4 弹塑性刚度矩阵4.3.5 单元类型4.4 土工格栅筋材单元4.5 有限元分析软件ANSYS 的分析能力简介4.5.1 ANSYS 进行有限元分析的基本计算条件4.5.2 ANSYS 有限元分析的简化处理4.6 实例有限元模型的建立4.6.1 计算模型的选取4.6.2 有限元模型的建立和网格划分4.6.3 模型计算参数4.6.4 实例模型有限元计算结果分析4.7 计算方案和分析方法4.8 有限元计算结果分析4.8.1 不同土工材料加筋对沉降的影响效果4.8.2 不同路堤高度时加筋对沉降的影响效果4.8.3 不同新填路基宽度时加筋对沉降的影响效果4.8.4 不同地基强度时加筋对沉降的影响效果4.8.5 不同加筋层数对沉降的影响效果第5章 半填半挖路基的车辆动载数值模拟5.1 交通荷载5.1.1 交通荷载对路基的作用5.1.2 交通荷载特性5.1.3 荷裁的模拟5.2 算例分析5.2.1 路面动位移和最终沉降5.2.2 基本假定5.3 单次加载下弹塑性路基的动力响应分析5.4 循环加载下弹朔性路基的动力响应分析结论参考文献致谢附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
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