山区公路加宽路基沉降变化及其影响因素的数值模拟分析

摘要

随着经济的快速发展，道路改扩建工程是应对交通量迅猛增加的有效方法。但新旧路基的不均匀沉降是道路改扩建工程中普遍存在的问题，差异沉降过大将会引发各种路基路面病害。新旧路基间的差异沉降是道路改扩建工程中必须考虑的问题。针对新老路基间的差异沉降问题，采用理论分析、数值模拟和土工离心试验进行了分析研究，主要结论如下:
　　①针对山区公路加宽路基类型，采用FLAC3D建立模型，探讨了改扩建时拓宽路基不均匀沉降的变化规律。分析了一般路基、路基旁增设路肩墙以及路堤坡脚支挡三种拓宽路基断面，在不同路基加宽宽度以及路基高度条件下路基差异沉降的变化，分析了新路基强度对差异沉降的影响。在三种不同的拓宽断面下，路基拓宽宽度和高度的变化对拓宽路基的差异沉降作用明显，路堤墙对沉降的变化影响较小，路肩墙的增设改变了路基表面的沉降变化规律，降低了拓宽路基的差异沉降。深入地分析了差异沉降变化规律，以及支挡结构对新老路基差异沉降的影响。
　　②采用土工离心试验对拓宽路基的不均匀沉降进行了对比分析，在不同的路基高度下，探讨了加筋以及填石对差异沉降的影响。新旧路基的差异沉降随路基高度的增大而变化明显，加筋虽对沉降的处治效果有限，但均衡了路基内部的不均匀沉降，填石料对于减小路基表面的差异沉降效果明显，降低了新旧路基的不均匀沉降。采用数值模拟验证，分析了采取不同工程措施降低路基表面差异沉降的影响。
　　③通过FLAC3D，针对路基差异沉降对路面结构的力学响应，在路面结构分析的基础上依据路面的结构性要求提出了路基差异沉降的控制标准。在差异沉降控制指标值作用下，分析了模量及厚度的变化对路面各层附加应力的影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 主要研究内容及技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 主要技术路线

第二章 山区公路拓宽路基差异沉降变化规律的数值模拟研究

2．1 路基拓宽主要病害及病害机理

2．1．1 公路加宽主要病害

2．1．2 病害机理

2．2 山区改扩建路基常见断面形式

2．3 路基不均匀沉降分析模型的建立

2．3．1 FLAC3D软件

2．3．2 加宽路基分析几何模型

2．3．3 模型假定

2．3．4 网格划分和边界条件

2．3．5 材料的计算参数

2．3．6 沉降记录点

2．4 不同拓宽宽度路基沉降变化规律

2．5 不同拓宽高度路基沉降变化规律

2．6 路堤坡脚支挡下拓宽路基沉降变化规律

2．6．1 不同拓宽宽度路基沉降变化规律

2．6．2 不同拓宽高度路基沉降变化规律

2．7 路肩墙支挡下拓宽路基沉降变化规律

2．7．1 不同拓宽宽度路基沉降变化规律

2．7．2 不同拓宽高度路基沉降变化规律

2．8 加宽路基强度对路基沉降的影响

2．9 本章小结

第三章 拓宽路基土工离心模型试验研究

3．1 试验概述

3．1．1 引言

3．1．2 离心模型试验相似原理

3．2 离心模型试验方案设计

3．2．1 试验设备

3．2．2 试验设计

3．2．3 模型的制作

3．3 试验量测

3．4 试验基本流程

3．5 试验结果分析

3．5．1 开挖台阶对沉降的影响

3．5．2 加筋对沉降的影响

3．5．3 填石料对沉降的影响

3．6 数值模拟分析与模型试验结果的对比

3．6．1 加筋对沉降影响的对比

3．6．2 填石对沉降影响的对比

3．7 本章小结

第四章 差异沉降对路面结构的力学影响及控制指标研究

4．1 差异沉降对路面结构层的力学响应

4．1．1 计算模型与计算参数

4．1．2 沉降曲线的拟合

4．1．3 差异沉降对路面结构层的影响

4．2 路面结构受力变形规律

4．3 按路面结构性要求确定差异沉降控制指标

4．4 差异沉降控制指标下的参数选择

4．4．1 路面各层结构模量的影响

4．4．2 路面各层结构厚度的影响

4．5 本章小结

5．1 主要结论

5．2 进一步研究的问题

致谢

参考文献

在学期间发表的论文和取得的学术成果