软土蠕变特性及路基工后沉降预测研究

摘要

软土的蠕变是指土体在恒定的应力作用下变形随时间增长的现象。由于软土蠕变的作用,在软土地基上修建的建(构)筑物,必然会产生过大的沉降。本文结合教育部科学技术研究重点项目(109110)“软粘土固结过程中的微结构效应与软基沉降分析”,湖北省交通科技项目,湖北省自然科学基金项目(2008CDB369)“软粘土固结过程的微结构效应与高速公路软基监测研究”,以武汉至英山高速公路第六标段软基处理工程为依托,在室内实验和原位观测的基础上对典型断面软土蠕变特性及路基沉降规律进行了系统地研究,同时对工后沉降问题进行了探索,并应用有限元软件ABAQUS对实际工程进行了数值模拟,将数值模拟结果与现场实测结果进行了对比分析。主要研究内容及结论包括以下几个方面:首先,从室内实验,原位测试系统分析了该路段软土的蠕变特性,并确定软土蠕变的本构模型以及软土蠕变计算参数,对典型断面表面沉降、侧向位移、孔隙水压力和分层沉降的变化规律进行了分析和总结。其次,运用有限元软件ABAQUS对武英高速公路第六合同段软土路基典型断面进行了数值模拟,结果表明:(1)采用考虑蠕变的扩展D-P模型计算的软土路基竖向位移和侧向位移与实测数据比较接近,且路堤的填筑速率对沉降过程有很大影响,填筑期间沉降速率较大,停载期间速率较小。软土路基超静孔隙水压力的变化呈现增长-消散-增长-消散且减小的过程,但在后期200天左右增长较大。(2)考虑软土蠕变特对软土路基工后沉降进行预测,预测结果较传统方法要大。软土路基超载预压高度越大,预压期表面沉降越大;在一定范围内,超载预压高度越大,预压时间越短,且二者并非线性关系,随着超载高度进一步增大,预压时间又略有回升。最后,通过数值模拟结果和原位测试结果的对比分析,本文提出了在同类软土路基处理时考虑软土蠕变特性的必要性,在实际工程中,超载预压时超载高度的确定要结合多方面的因素综合考虑。

目录

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.2.1 固结理论的发展综述

1.2.2 固结问题数值计算发展综述

1.2.3 软土的蠕变

1.3 本文研究背景及主要研究内容

1.3.1 本文研究背景

1.3.2 本文主要研究内容及创新点

第2章 软土工程特性研究

2.1 引言

2.2 软土的物理力学性质

2.2.1 软土层分布

2.2.2 软土基本物理性质

2.2.3 软土压缩特性

2.2.4 典型软基段软土试样的固结系数

2.2.5 软土抗剪强度特性

2.3 软土流变试验

2.3.1 试验主要仪器设备

2.3.2 试验方法

2.3.3 试验成果

2.3.4 试验成果分析

2.4 软土的微结构研究

2.4.1 软土的物质组成

2.4.2 软土微观结构特征

2.4.3 微观结构定量化研究

2.5 本章小结

第3章 软土蠕变模型研究

3.1 土的本构模型

3.1.1 非线性弹性模型

3.1.2 弹塑性模型

3.1.3 粘弹塑性模型

3.2 软土蠕变模型及参数确定

3.2.1 软土蠕变模型

3.2.2 软土蠕变模型参数确定

3.3 本章小结

第4章 堆载预压软土路基固结沉降研究

4.1 软土路基固结沉降计算方法

4.1.1 弹性理论法

4.1.2 分层总和法

4.1.3 应力路径法

4.1.4 数值计算法

4.1.5 考虑软土蠕变的沉降计算

4.2 软土路基施工监控

4.2.1 工程概况

4.2.2 工程地质条件

4.2.3 现场原位观测结果分析

4.3 考虑软土蠕变软土路基沉降变形数值模拟

4.3.1 计算模型基本假定

4.3.2 模型计算参数

4.3.3 堆载及其荷载步的确定

4.3.4 计算条件及其有限元网格

4.3.5 分析过程

4.4 计算结果与分析

4.4.1 初始应力平衡分析

4.4.2 位移分析

4.4.3 孔隙水压力分析

4.5 本章小结

第5章 软土路基工后沉降预测方法及超载预压研究

5.1 软土路基工后沉降预测方法

5.1.1 三点法

5.1.2 星野法

5.1.3 双曲线配合法

5.1.4 数值模拟法

5.1.5 预测结果对比分析

5.2 超载预压加固软土路基效果评定

5.2.1 超载预压作用与设计

5.2.2 固结度分析

5.2.3 超载高度与预压时间数值分析

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 论文主要结论

6.2 进一步展望

主要参考文献

在读研究生期间参加的主要科研项目

在读研究生期间发表的论文

致谢