山区高填路堤沉降研究及有限元分析

摘要

随着我国道路建设，尤其是高等级公路建设的快速发展，在山区和丘陵地区修建的公路工程，铁路工程，还有大中型港口码头工程，机场工程，以及各种类型的围海(湖，湾)填方造地工程都必然会遇到大量的高填方工程问题，因此，填方工程是国家基础建设工程中的重要类型，是重要的岩土工程问题。高填路堤沉降的计算分析工作是山区公路路堤工程设计和施工中常遇到的，已有的计算分析理论和技术方法存在一些缺陷和局限性，有待进一步探索研究，因此，对山区高填路堤公路沉降变形展开专项综合分析研究具有重要的理论意义和实用意义。通过整理分析路堤沉降观测资料既可以对沉降进行预测，也可以总结高填路堤的沉降变形规律，据此还可以指导优化设计，改进有关的施工工艺，直接为公路施工决策提供科学服务。 本文首先详述了本次现场观测试验，对试验观测数结果进行了分析，得出影响沉降的一些因素。然后围绕路堤沉降计算这一核心问题，通过三种计算模型的对实测数据计算的对比，得出了双曲线和指数曲线法更适合于施工中的中期预测；灰色预测理论方法更适合于工后的长期预测，并对各自方法的精度进行了对比，这能够为类似工程的路堤沉降计算方面提供借鉴。采用二维有限单元法模拟路堤沉降，该方法既可以考虑路堤侧向变形对沉降的影响，还可以模拟施工加荷过程，并且通过两种有限元软件Plaxis和ANSYS对工程实例的具体分析，结果表明：高填路堤每级放坡坡脚处是塑性变形容易发生的区域；高填路堤的中央(即轴对称中心)区域的中下部是竖向位移变形值较大地带。这是施工和试验观测中应当那个重点考虑的地方，为了控制或降低高填路堤的沉降和侧向变形，应考虑：一是对坡脚处进行相应的措施防治病害；二是在路堤地基中央地带进行相应的补强加固措施。同时，通过比较发现Plaxis更适用于岩土工程的有限元分析。

目录

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第1章 绪论

1.1前言

1.2高填路堤沉降的国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

第2章 高填路堤沉降机理及常用计算方法

2.1高填路堤沉降变形的机理

2.1.1路堤沉降基本机理

2.1.2沉降机理模型

2.2常用沉降计算方法

2.2.1传统沉降计算方法

2.2.2根据实测资料沉降预估法

2.2.3有限单元法

第3章 高填路堤沉降观测现场试验研究

3.1工程概况

3.2观测仪器布置和埋设

3.3观测内容

3.3.1沉降观测

3.3.2位移观测边桩的埋设与观测

3.3.3土压力观测

3.3.4工作基桩与校核基桩

3.4沉降观测应当注意的事项

3.5现场观测数据采集情况及分析

第4章 高填路堤沉降计算方法研究

4.1概述

4.2实测沉降数据

4.3灰色理论

4.3.1理论基础

4.3.2沉降的灰色预估模型GM(1，1)

4.3.3灰色模型计算值与沉降理论计算值的关系

4.3.4路堤沉降的GM(1，1)预估模型

4.3.5模型的精度检验

4.3.6非等时距灰色预估模型

4.3.7等维新信息模型

4.3.8根据实例建立灰色模型

4.4曲线拟合法

4.4.1双曲线法

4.4.2指数曲线法

4.4.3根据实例建立双曲线和指数曲线模型

4.5预估模型与实测值的比较

第5章 有限元法在高填路堤变形中的应用

5.1 Plaxis有限元软件的计算分析

5.1.1 Plaxis中的本构关系

5.1.2 Plaxis分析过程

5.1.3 Plaxis程序计算结果及其分析

5.2 ANSYS有限元软件的计算分析

5.2.1 ANSYS中的本构模型

5.2.2ANSYS程序计算结果及其分析

第6章 结论和展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

附录