车辆荷载下路基变形响应分析

摘要

随着“一带一路”战略的实施和全国八大经济综合区布局的设立，我国经济得到迅猛的发展，中国已成为世界上第二大经济体。由于人民生活水平的提高，人民对更便利的交通、更快捷的物流运输等的需求也日益增加，国家投入了大量的人力物力进行公路、铁路等基础设施建设，来满足人民的生活需求。随着交通运输的发展，道路上汽车数量也呈现井喷式增加，特别是多轮轴的超、重载货运车辆的增加，导致道路灾害也逐年增多。本文以交通荷载下路基的力学特性为应用背景，基于路基变形监测新方法采集到路基动态变形特性，并在室内试验获取路基关键参数的基础上，建立了可靠的数值分析模型，研究了路基在复杂工况下的变形响应，得到路基塑性变形与车辆荷载大小的关系，构建路基累积塑性变形与车辆荷载循环次数的经验公式。主要研究工作如下:
　　(1)通过室内试验获得现场路基土的物性指标，掌握土样的基本特性，为数值计算提供路基土的计算参数。对埋设FBG传感器的试验路段进行了1.4t单次车辆荷载作用下路基动态加载-卸载试验，监测其动态变形响应，获得路基动态变形响应数据，为数值计算提供参考基准;
　　(2)选用FLAC3D软件创建现场测试道路模型，模拟了实测1.4t车辆荷载下路基土的动态变形响应。对比模拟结果与实测结果发现:在1.4t车辆荷载作用下，路基发生的弹性变形均是塑性变形的8倍左右，数值模拟与现场监测获得的路基动态变形趋势一致，都以弹性变形为主、塑性变形比较小;表明建模方法、参数选取及计算过程合理;
　　(3)在数值计算可以较好的反映现场情况的基础上，进行了单次车辆荷载、车辆循环荷载两种工况的计算分析，分析中发现:在单次车辆荷载作用时路基的塑性变形同车辆荷载大小两者为指数函数关系;在车辆循环荷载工况中，结合相关学者的研究成果提出了车辆循环荷载下路基累积塑性变形经验公式。
　　本文在室内试验获得数值计算所需路基土关键参数和现场测试获得数值计算参考基准的基础上，利用数值模拟手段进行分析，可以更高效、合理地研究路基在车辆荷载下的力学响应，为道路工程防灾减灾和安全评价提供技术手段。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源与研究意义

1．2 国内外研究现状及分析

1．2．1 路基力学特性现场监测研究现状

1．2．2 路基力学特性室内试验研究现状

1．2．3 路基力学特性数值模拟研究现状

1．2．4 国内外研究现状总结

1．3 本文主要研究内容

第2章 路基土关键参数及路基动态变形数据获取

2．1 路基土关键参数的获取

2．1．1 路基土的关键参数

2．1．2 抗剪强度参数的获取

2．1．3 体积模量和剪切模量参数的获取

2．2 路基动态变形数据的获取

2．2．1 路基动态变形监测新方法

2．2．2 测试系统研制及现场安装

2．2．3 实测路基动态变形响应

2．3 本章小结

第3章 现场场地模型的建立及可靠性验证

3．1 数值模拟软件的优选

3．2 网格模型建立

3．3 力学参数的选取

3．3．1 本构模型的选取

3．3．2 物性指标

3．3．3 接触面

3．3．4 力学阻尼

3．3．5 边界条件

3．4 荷载加载形式

3．5 监测点布置

3．6 模型可靠性的验证

3．6．1 路基变形计算结果

3．6．2 计算结果验证

3．7 本章小结

第4章 不同车辆荷载下路基变形响应分析

4．1 不同车辆荷载加载方案

4．1．1 单次车辆荷载工况加载方案

4．1．2 车辆循环荷载加载方案

4．2 单次车辆荷载下路基变形响应分析

4．3 车辆循环荷载下路基累积塑性变形分析

4．3．1 车辆循环荷载下累积塑性变形计算方案

4．3．2 车辆循环荷载下路基变形计算

4．3．3 累积塑性变形经验公式的建立及参数确定

4．4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢