软基路堤沉降预测和计算

摘要

高速公路沉降如果没有得到严格的计算与控制,建成后不久就会发生出现路面开裂、桥头错台等现象,这不但威胁到交通运输的安全,而且也造成了人力、物力上的浪费.该文围绕软基路堤沉降预测和计算这一核心问题展开了以下的研究工作:(1)路堤沉降的预测模型、预测方法研究.通过误差分析与比较,把增长曲线模型引入到多级荷载下的路堤沉降预测中.其次,考虑到软土流变效应的存在,提出了一种能计入软土次压缩的经验公式模型;(2)路堤沉降计算有限元法实用化研究.对于一般道路工程中不做三轴试验但须进行沉降有限元计算的情况,给出了依据土体常规试验的切线弹性模量确定方法和相关修正系数,同时也提出了对砂性土和粘性土均适用的切线泊松比的近似替代式子:(3)基于改进的BP网络对邓肯张模型主要参数修正研究.采用非线性有限元程序,对邓肯—张模型中8个参数与路堤沉降的关系进行了详细分析,找到了影响沉降的主要参数;接着,针对传统的三层BP网络具有收敛速度慢、易陷入局部极小点等不足,对其进行了修正,提出了改进的BP神经网络模型;最后,根据上述灵敏度分析结果,基于改进的BP网络模型较强的非线性映射能力和前期沉降实测资料,对路基中各天然土层的非线性模型主要参数进行了反分析修正:(4)路堤沉降计算—维法中考虑应力历史、侧向变形的研究.针对a<,v>、e~p法等,提出了可考虑土体应力历史影响的修正系数M<,1>式子:接着,针对e~lgp法或进行了应力历史影响修正后的a<,v>、e~p等,通过大量非线性有限元计算,分别给出均质路基和非均质路基的考虑土体侧向变形影响的沉降修正系数M<,2>式子.综合这两个方面,单向分层综合法的计算结果趋于更准确,其不但能考虑应力历史外,而且能计入土体侧向变形甚至土体非线性特性:(5)路堤沉降计算无单元法应用研究.该文探讨了不等阶(多项式基)径向点插值无单元法形函数插值格式,给出了其求解平面应变下比奥固结问题的主要方程,编写了相应的计算程序,并对软基路堤的沉降进行了非线性计算,取得较满意的结果.

目录

文摘

英文文摘

前言

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第一章绪论

1.1引言

1.2路堤沉降预测和计算研究现状

1.2.1概述

1.2.2路堤沉降预测方法

1.2.3路堤沉降计算方法

1.3目前存在的问题

1.4本文主要研究内容

第二章路堤沉降预测模型和预测方法研究

2.1引言

2.2现有的沉降预测模型

2.3多级荷载下的增长曲线模型

2.3.1模型的建立

2.3.2参数反演与计算步骤

2.3.3模型应用实例

2.4考虑软土流变的经验公式模型

2.4.1概述

2.4.2耦合流变项的模型提出

2.4.3参数反演与计算步骤

2.4.4模型应用实例

2.5本章小结

第三章路堤沉降计算有限单元法应用研究

3.1引言

3.2有限单元法实用化探讨

3.2.1概述

3.2.2切线弹性模量的近似确定

3.2.3切线泊松比的近似确定

3.2.4实例分析

3.3基于人工神经网络的土体模型参数修正

3.3.1邓肯张模型参数灵敏度分析

3.3.2待修正参数的确定

3.3.3人工神经网络反分析模型

3.3.4参数修正思路与过程

3.3.5网络性能评价

3.3.6实例计算

3.4本章小结

第四章考虑应力历史、侧向变形的路堤沉降一维法计算研究

4.1引言

4.2一维法中计入土体应力历史影响思路

4.2.1av、e～p法等存在的不足

4.2.2考虑应力历史的修正系数M1

4.2.3前期固结应力近似确定法

4.2.4压缩、回弹指数近似确定法

4.2.5实例计算与分析

4.3一维法中计入土体侧向变形思路

4.3.1土体侧向变形机理与分析

4.3.2考虑侧向变形的修正系数M2

4.3.3均质路基沉降修正系数研究

4.3.4非均质路基沉降修正系数M2研究

4.4路堤沉降综合修正系数的提出

4.5实例验证与评价

4.5.1计算步骤

4.5.2具体验证过程

4.5.3效果评价

4.6本章小结

第五章路堤沉降计算无单元法应用研究

5.1无单元法综述

5.2比奥固结无单元法解公式

5.3 URPIM的形函数插值格式

5.3.1概述

5.3.2形函数构造方法

5.4 URPIM计算中应力修正

5.5 URPIM非线性计算路堤沉降思路

5.5.1概述

5.5.2程序编制框架

5.5.3计算具体实施

5.6工程实例计算

5.6.1概述

5.6.2工程概况

5.6.3计算与分析

5.6.4算法评价

5.7本章小结

第六章全文总结和展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

攻博期间发表或录用的学术论文

攻博期间受到的奖励及攻博期间参加科研情况

致谢