黄土地区公路路堤地基破坏模式及地基承载力研究

摘要

随着公路事业的不断发展，黄土地区高等级公路出现了越来越多的高填路堤，高填路堤的出现使人们越来越意识到路堤地基的重要性。 本文利用大型有限元软件ANSYS建立地基以及路堤的力学模型，对地基的破坏模式与地基物理力学参数之间的关系进行深入分析，提出各种地质条件下地基可能出现的破坏模式，以及地基破坏模式与路基路面破坏之间的关系。 通过渗流场与应力场的耦合分析，得出了积水渗入地基对地基的破坏只是起加速作用的结论。通过对降雨过后路基路面发生的破坏与雨水渗入地基之间的关系的分析，提出由于积水渗入地基而造成路基路面破坏的原因主要是地基在坡脚浸水后发生了新的不均匀沉降。 在现有路表沉降标准的基础上，利用有限元方法对实际路堤分层填筑进行模拟，采用重力系数折减法获得路表和路堤中部对应的地基表面的总沉降，并对路表沉降以及地表沉降正交试验获得的数据进行回归分析，确定出路表沉降与路堤中心处对应的地基表面的沉降之间的关系式，路表不均匀沉降与路堤中心处对应的地基表面的不均匀沉降之间的关系式。 利用有限元方法模拟路堤填土对地基的载荷试验，通过所得的载荷-位移曲线，结合路表沉降标准以及研究所得的路表沉降与地表沉降之间的关系，确定出地基的承载力，并利用正交试验进行多组载荷试验，根据试验所得的数据回归出公路路堤地基承载力的计算公式。在此基础上，分析了路堤填土载荷下地基承载力与原位载荷试验所得的地基承载力之间的关系。 根据上述分析所得的结论，本文最后提出几点公路路堤地基设计的建议。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪 论

1.1问题的提出及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

第二章 天然含水量下黄土公路地基破坏模式研究

2.1研究的思路及方法

2.2 ANSYS有限元分析模型

2.2.1 ANSYS软件简介

2.2.2有限元的计算理论及方法

2.2.3有限元模型的建立与正确性验证

2.3单参数对公路地基破坏模式影响的计算分析

2.3.1地基土内摩擦角对地基破坏模式的影响

2.3.2地基土粘聚力对地基破坏模式的影响

2.3.3地基土压缩模量对地基破坏模式的影响

2.4不同参数组合下地基破坏模式的计算分析

2.4.1参数组合的确定原则

2.4.2不同参数组合情况下地基破坏模式分析

2.4.3路堤地基与刚性基础地基破坏模式对比

2.4.4地基破坏模式对公路的影响分析

2.5小结

第三章 雨水坡脚入渗情况下黄土地基破坏模式的研究

3.1入渗基本理论

3.1.1非饱和土土水势理论

3.1.2非饱和渗流理论

3.2雨水入渗对地基水分场影响的有限元分析

3.2.1地基入渗水分场分布研究的数学模型的建立

3.2.2有限元模型的建立及求解

3.3渗流场和应力场耦合分析坡脚浸水对地基破坏的影响

3.3.1耦合分析的基本理论

3.3.2有限元求解

3.3.3计算结果及分析

3.4地基浸水破坏对公路的影响分析

3.5小结

第四章路表沉降与地表沉降关系研究

4.1研究思路及方法

4.2路堤表面沉降与地基表面沉降分析模型

4.2.1路堤分层填筑的力学分析

4.2.2路堤分层填筑的有限元实现及正确性验证

4.3路堤表面沉降与地基表面沉降计算

4.3.1正交试验设计简介

4.3.2正交试验表头设计

4.3.3路表沉降与地表沉降有限元分析

4.4路堤表面沉降与地基表面沉降关系的回归分析

4.5小结

第五章公路路堤地基承载力确定方法研究

5.1原位载荷试验确定地基承载力方法概述

5.2研究思路及方法

5.3模拟路堤填土载荷的地基P-S曲线分析

5.3.1正交表头的设计及模型的建立

5.3.2计算结果

5.4公路路堤地基承载力计算分析

5.4.1公路地基承载力计算结果

5.4.2地基承载力的回归分析

5.4.3工程运用实例

5.5小结

第六章黄土地区公路路堤地基设计建议

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致 谢