软土路基沉降预测与计算方法研究

论文摘要

软土地基具有承载力低、沉降量大、固结时间长等不良的工程特性,高速公路对工后沉降要求很高,在软土地基上修筑高速公路一直是一个技术难题。如何利用有限的沉降观测数据,选取合理的预测模型及方法预测地基的工后沉降(包括最终沉降),对于控制施工进度,指导后期的施工组织与安排有着重要的实际工程意义。在沉降计算方面,我国现行规范均选择分层总和法作为天然地基浅基础的沉降计算方法,分层总和法不考虑地基土的侧向膨胀,且对土体变形指标和压缩层厚度选取随意性很大,导致计算结果与实际相差很多。针对上面的问题,本文主要做了下列工作:(1)对国内外的软土路基路堤沉降的预测方法和计算方法进行了系统的分析比较。(2)结合镇溧高速公路的典型断面的实测资料,在软基路堤一级加载或分级不明显条件下讨论了样本时间起点和拟合样本的跨度对双曲线模型、指数曲线模型、Logistic模型和BP神经网络模型等方法预测全过程沉降的影响,将每种方法在最佳时间节点和时间间隔条件下的预测结果进行了横向比较,同时用Asaoka法最终沉降量对其最终沉降进行验证。本文采用最小二乘法代替传统的三段法对Logistic模型法进行拟合参数求解,并取得了较好的效果。(3)结合镇溧高速公路的典型断面的实测资料,在软基路堤多级加载条件下,讨论了样本的加载级数对简化的双曲线法、指数曲线和Logistic模型法等不同方法预测结果的影响,将BP神经网络模型应用到多级加载条件下的沉降预测之中,与前面三种方法的预测结果进行了横向比较,同样采用Asaoka法对它们预测的最终沉降量进行验证。(4)初步探讨了路基为一层软土的路堤坡脚最大侧向变形sh和路堤中心最大沉降sv的关系。(5)以有限元软件PLAXIS为计算手段,在传统的分层总和法的基础上,提出了考虑侧向变形的沉降修正方法,建立了修正系数K与孔隙比e、路堤堆高H和软土埋深Hm之间的关系式,并采用工程实例进行了验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究现状
• 1.1.1 沉降预测方法的研究现状
• 1.1.2 沉降计算方法的研究现状
• 1.3 存在的问题
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 研究区工程概况
• 2.1 软土的定义和特性
• 2.1.1 软土的定义
• 2.1.2 软土的物理力学性质
• 2.2 工程实例
• 2.2.1 实例一
• 2.2.2 实例二
• 2.3 软土路基沉降变形机理
• 2.4 本章小结
• 第三章 一级荷载条件下软土路基沉降预测方法的研究
• 3.1 基于Matlab 的人工神经网络模型
• 3.1.1 神经元模型
• 3.1.2 神经网络的基本结构及学习训练方式
• 3.1.3 BP 网络模型与结构
• 3.1.4 BP 网络学习规则
• 3.1.5 沉降预测模型
• 3.2 曲线拟合法
• 3.2.1 双曲线法
• 3.2.2 指数曲线法
• 3.2.3 Logistic 模型
• 3.3 Asaoka 法
• 3.4 工程实例分析
• 3.4.1 实例一
• 3.4.2 实例二
• 3.5 本章小结
• 第四章 多级荷载条件下软土路基沉降预测方法的研究
• 4.1 概述
• 4.2 本文采用的预测模型
• 4.3 工程实例分析
• 4.3.1 实例一
• 4.3.2 实例二
• 4.4 本章小结
• 第五章 考虑侧向变形的沉降修正方法
• 5.1 传统的分层总和法
• 5.2 土体侧向变形机理
• 5.2.1 微观机理
• 5.2.2 宏观表现
• 5.3 侧向变形和沉降之间关系的初探
• 5.3.1 弹性-理想塑性的性质
• 5.3.2 Mohr-Coulomb 准则
• 5.3.3 Biot 固结理论
• 5.3.4 侧向变形和沉降之间关系的初探
• 5.4 考虑侧向变形的沉降修正系数的提出
• 5.4.1 计算模型的建立
• 5.4.2 计算结果与分析
• 5.4.3 简化的考虑软土埋深的修正系数的提出
• 5.5 工程实例验证与评价
• 5.5.1 应用思路
• 5.5.2 工程实例
• 5.5.3 分析与评价
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文