海南东环城际铁路客运专线类土质路基工后沉降控制

论文摘要

类土质是花岗岩熔岩等火山岩风化而成,继承了原岩各向异性的土体物质或破碎岩体物质,其本身在未经搬运时具有岩体结构特征,包括硬岩的全风化、残积层,软岩的全风化、强风化及残积层。本论文主要依托海南东环城际铁路客运专线,分析沿线的花岗岩残积层等的物理、化学性质,探寻类土质影响工后沉降控制较为严重的物化指标。作者主要讨论了类土质自身的8个物化指标:矿物成分、含水量、塑性指数、颗粒级配、孔隙特征、压缩特性、结构特征以及风化程度,即类土质的组成、结构和力学方面的性质。其次整理沉降监测资料,分析上述指标与沉降控制间的相关关系,相关系数的大小则反映了对沉降控制影响的大小。最后,论文借助FLAC3D数值模拟软件以及理正岩土工程计算软件对显相关的前3个指标进行模拟,预测各阶段路基的沉降值,再以现场实际的沉降监测资料,对数值模拟的结果给予检算和验证。论文取得的研究成果主要有以下几个方面:（1）论文详细的阐述了类土质的成因、组成以及物理、化学性质:其形成主要是由于软硬岩自身不同物质成分的物理、水理、化学以及热学性质等的差异,导致岩石在遭受风化作用时的胀缩、热分布、含水特征等不同,岩石内部出现差异风化,从而,岩石的结构、构造、化学成分、颗粒大小等逐渐发生变化,岩石发生不同程度的风化,类土质由之形成。同时,论文在以往类土质定义的基础上,主要针对类土质本身的物理化学性质,从类土质的成因、结构、物质组成方面完善其定义:类土质是由岩体风化而成的、物理化学及力学性质明显区别于均质土体、岩石的土体物质或破碎岩体物质,包括岩体全风化物以及全风化残积物。其中,全风化物保留或部分继承了原岩的结构、构造特征;全风化残积物已丧失了原岩的结构、构造特征,但物质成分同全风化物相似。（2）影响工后沉降的因素很多,就类土质本身的物理、化学性质而言,都难以计数,而且各影响因素之间还存在或多或少相互牵连。作者在阅读大量已有花岗岩全风化文献的基础上,分析整理出类土质的8个物理、化学指标:矿物成分、含水量、塑性指数、颗粒级配、孔隙特征、压缩特性、结构特征以及风化程度。之后,通过初期对上述8个指标分别做沉降监测,基于它们各自对沉降的贡献,分析它们对沉降控制的相关程度,按照相关系数由大到小排序依次为:含水量、颗粒级配、矿物成分、风化程度、残余结构、孔隙特征、塑性指数和压缩特性。（3）变形的实质即是原有应力场或应变场的改变,路基的沉降即是在进行路基填筑过程中,由于上部荷载的作用,使路基新的应力场生成。FLAC3D基于有限差分原理,摩尔—库仑材料模型能够有效模拟土质材料地应力场的生成;另外,理正（软土）路基设计软件是工程中较为常用的路基沉降计算软件,因此论文选取了FLAC3D数值分析软件及理正（软土）路基设计软件对路基的工后沉降做模拟分析。FLAC3D模拟了基床开挖、换填,路堤填筑时地应力场的变化,总的趋势表现为换填压实过程,路基以均匀沉降为主,横向边界由于边界效应影响,其位移矢量与路基中心相比,相对较小;路堤填筑过程中,路堤下部基床则以盆型曲线沉降,沉降量随深度的递增而减小。FLAC3D计算类土质路基最终沉降量为:362.4mm。理正忽略了开挖对路基应力场的影响,通过路基类土质分层赋予不同的力学参数,综合考虑路基表层换填、路堤类土质填筑、路床及以上列车、轨道等荷载以及超载预压等载荷情况,分别计算出沉降基准期（路堤填筑完成时）沉降量、超载预压结束时沉降量和最终沉降量。预压结束时,路基的沉降值为275mm,最终沉降量为329mm,残余沉降量为54mm,符合工后沉降控制要求。即含水量、颗粒级配、矿物成分对类土质路基的工后沉降控制影响较大。这点在后续的沉降监测中也得到验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出、研究背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 类土质路基的研究现状
• 1.2.2 工后沉降控制的研究现状
• 1.3 论文研究内容、研究技术路线
• 1.4 依托项目工程概况
• 1.4.1 地质地理及气象水文
• 1.4.2 地层岩性
• 1.4.3 地质构造
• 第2章 类土质的工程性质
• 2.1 引言
• 2.2 类土质及类土质路基的概念
• 2.3 类土质的工程性质
• 2.3.1 类土质的成因及物质组成
• 2.3.2 类土质的分带特性
• 2.3.3 花岗岩类土质的物理力学性质
• 2.4 小结
• 第3章 工后沉降控制
• 3.1 引言
• 3.2 工后沉降概述
• 3.3 工后沉降控制方法简析
• 3.3.1 路堤工后沉降控制
• 3.3.2 路基工后沉降控制
• 3.4 工后沉降预测方法
• 3.4.1 双曲线法
• 3.4.2 指数曲线法
• 3.4.3 灰色系统法
• 3.5 小结
• 第4章 相关性分析
• 4.1 引言
• 4.2 各因素对沉降的贡献
• 4.2.1 物化指标选取
• 4.2.2 研究思路
• 4.2.3 试验沉降监测
• 4.3 相关性分析
• 4.4 小结
• 第5章 显著相关因素数值模拟
• 5.1 数值分析软件简介
• 5.1.1.FLAC基本原理
• 5.1.2.理正岩土简介
• 5.2 数值模拟
• 3D路堤数值模拟'>5.2.1 Flac^3D路堤数值模拟
• 5.2.2 理正岩土路堤数值模拟
• 5.3 小结
• 第6章 沉降监测
• 6.1 沉降设备及质量控制
• 6.1.1 监测方法及沉降设备
• 6.1.2 质量控制
• 6.2 沉降监测数据及分析、预测
• 6.3小结
• 结论
• 1 主要结论及成果
• 2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文