桥头高填路基沉降预测及台背土压力研究

论文摘要

随着高等级公路建设在山区的开展，不可避免地会遇到桥头高填路基问题。桥头高填路基集中了许多技术难点，包括了高填方工后沉降控制，桥头跳车问题及桥台台背土压力计算。所以桥头高填路基往往是整条高速公路修建的控制性工程。基于工程实际意义，本文主要从高填路基沉降预测和桥台台背土压力两方面，对桥台高填方路基展开了系统研究。 首先，本文研究了高路堤沉降的变化规律，现有沉降预测方法都有各自的适应性，本文提出了高填方路堤沉降的非等时距皮尔曲线预测模型以及能考虑沉降、观测时间非等时距性、实测沉降数据的不断更新性和填土加载过程影响的高路堤灰色预测模型，并在衡枣、耒宜高速公路三个沉降观测断面进行了应用。由于沉降数据分析的工作量大，本文开发了高路堤沉降预测的可视化操作界面，并应用于工程实例检验预测的效果。本文在非线性Biot固结沉降有限元反分析程序基础上，对邓肯-张E-v和邓肯-张E-B两种非线性模型的计算参数进行了灵敏度分析，确定反演参数，然后以实际工程为例研究了参数反分析问题求解的方法。 本文以耒宜与衡枣两条高速公路沉降观测资料和路面状况调查为依据，分析研究了不同土质、不同填方高度对高路堤沉降稳定时间、工后沉降及路面质量的影响，提出了刚性路面底基层、基层和面层施工的沉降控制取值标准。通过桥头搭板的受力分析，研究了板下脱空长度与台背工后沉降的关系，同时认为台背路基最大工后沉降允许值的取值标准为搭板最大挠曲变形量的2倍。 台背为高填方的桥台其填料选择、施工控制和质量监测都不同于常规桥台，本文以一现场桥台土压力试验为依托，研究了桥台土压力的测试方法和试验细则，通过现场的长期测试，得到桥台台背土压力的实际大小和分布，对测试结果进行了系统分析，研究了台背土压力随填土高度的变化规律和随时间的变化规律。同时，本文针对了试验桥台及台后填土的特点建立了有限元模型，得出了桥台台背静止土压力分布和台背土压力随桥台位移的变化规律，有限元的计算结果与土压力试验结果相接近，进一步验证了试验结果的可靠性。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 沉降预测及土压力理论的国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 桥头高路堤沉降预测方法研究
• 2.1 现有沉降预测方法的适应性分析
• 2.2 皮尔曲线在高路堤沉降预估中的应用
• 2.2.1 皮尔曲线简介
• 2.2.2 皮尔曲线应用的理论基础
• 2.2.3 高路堤沉降的皮尔预估模型
• 2.2.4 皮尔预估模型应用举例
• 2.3 灰色系统理论在高路堤沉降预估中的应用
• 2.3.1 灰色系统理论概述
• 2.3.2 灰色系统理论应用的理论基础
• 2.3.3 高路堤沉降的GM（1，1）预估模型
• 2.3.4 灰色Verhulst预估模型
• 2.3.5 考虑路堤加载过程的修正模型
• 2.3.6 等维新息模型
• 2.3.7 灰色预估模型应用举例
• 第三章 基于MATLAB的沉降预测可视化操作界面
• 3.1 MATLAB软件简介
• 3.2 可视化操作界面
• 3.2.1 功能简介
• 3.2.2 基本工作流程
• 3.3 操作步骤
• 3.4 拟合方法的计算理论基础
• 3.5 计算实例
• 3.5.1 衡枣高速公路K35+844观测点
• 3.5.2 衡枣高速公路K58+335.6观测点
• 第四章 地基沉降复合形法反演优化及预测方法研究
• 4.1 饱和土BIOT固结沉降有限单元解法的基本理论
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 饱和土体Biot固结方程
• 4.1.3 有限单元法解Biot固结方程的基本过程
• 4.1.4 四结点单元中心点未知量的消除方法
• 4.1.5 有限元非线性分析方法
• 4.2 基于非线性模型的高填方路基沉降有限元反分析
• 4.2.1 土体本构模型简介
• 4.2.2 反演参数的选取
• 4.2.3 优化方法的选用及其程序编制
• 4.2.4 计算参数的优化反演过程
• 4.3 有限元反分析法在工程实例中的应用
• 4.3.1 衡枣高速公路K16+031.9地基沉降观测点
• 4.3.2 衡枣高速公路K83+734典型断面地基沉降观测点
• 第五章 桥头高填路基沉降速率及工后沉降标准研究
• 5.1 高路堤沉降稳定的影响因素及取值标准研究
• 5.1.1 影响路基沉降的因素及其原因分析
• 5.1.2 沉降速率的取值标准与工后沉降的关系
• 5.2 桥头台背路基工后沉降取值标准的研究
• 5.2.1 工后沉降引起桥头搭板受力条件变化分析
• 5.2.2 实例分析
• 第六章 高填方桥台土压力试验研究与数值分析
• 6.1 土压力试验
• 6.1.1 试验桥台简介
• 6.1.2 土压力盒的选型与标定
• 6.1.3 台背填土施工控制与填筑情况
• 6.1.4 台背土压力现场测试结果分析
• 6.1.5 实测土压力分布与理论土压力分布比较
• 6.1.6 土压力非线性分布原因分析
• 6.2 桥台土压力数值分析
• 6.2.1 土体本构模型
• 6.2.2 土与结构间相互作用模拟
• 6.2.3 ANSYS中非线性分析问题的处理
• 6.2.4 建立桥台有限元分析模型
• 6.2.5 计算结果与分析
• 第七章 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读博士学位期间公开发表的论文