场道地基沉降分析与地基处理效果评价

摘要

随着民航运输业的快速发展，运输飞机日益大型化，枢纽机场跑道承担的起降非常频繁，场道地基沉降已经成为软土地区枢纽机场建设中面临的关键问题之一。现有的场道地基设计基本沿用公路地基设计方法，已经难以有效解决新形势下场道建设中的难题。鉴于此，本文以上海浦东国际机场建设为依托，系统的研究了软土地区枢纽机场跑道飞机起降荷载及地基处理与场道沉降的关系，提出了基于沉降控制的软土地区场道地基设计新框架。 首先利用实测沉降数据，从沉降组成划分入手，证实了飞机荷载对场道地基工后沉降具有不可忽视的影响。采用指数曲线描述场道地基在道面和填土静态荷载作用下的长期沉降规律，进而推算得到沉降观测期内飞机起降荷载引起的地基沉降量。 其次，从荷载分析的角度，研究了软土地区场道地基设计考虑飞机荷载影响的必要性。利用层状弹性理论，分析了4种代表性机型的附加应力分布特征，得到了不同飞机荷载在刚性和柔性道面下的竖向应力影响范围。同时，利用动载沉降预估模型得到了基于土层永久竖向应变标准的飞机荷载影响深度，这一范围作为设计依据更具合理性。 论文提出了基于地基变形等效原则的场道地基混合交通分析方法，利用沉降划分数据，修正了飞机荷载作用下的场道地基沉降预估模型，结合静态荷载作用下的沉降预估模型，得到了软土地区场道地基沉降预估模型，并预测了浦东国际机场第一跑道运营期内的沉降特征。 鉴于现有场道地基设计指标无法有效的进行沉降控制，本文利用沉降预估模型，推导得到沉降速率函数，将沉降速率作为新的指标纳入地基设计和验收，完善了基于变形控制的场道地基设计指标体系。 地基处理是软土地区场道沉降控制的主要手段，论文通过分析地基原位测试数据，探讨了不同地基处理方式对天然地基材料与结构特征的影响，发现强夯、冲碾等冲击性处理措施对地基的加固具有特殊的层状交错效果，因此提出了两种典型的地基工作模型描述场道地基处理后的结构形态，并利用有限元方法分析了地基结构形态对其沉降性状的影响。分析表明，不同的地基处理方法对天然地基的加固存在显著差异，在土层材料加固的同时也可能带来土体结构的扰动甚至破坏，进而对地基长期沉降产生不利影响，因此在设计中应区别对待不同的加固处理方式对地基工后沉降性状的影响。 最后，综合上述研究内容，建立了基于变形控制的软土地区枢纽机场场道地基设计的新框架。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1研究背景

1.1.1国内外场道地基设计概况

1.1.2大型飞机的发展

1.1.3问题的提出

1.2国内外研究现状

1.2.1交通荷载下地基土体性状研究

1.2.2交通荷载下的地基变形计算

1.2.3场道地基设计与地基处理

1.3研究内容与意义

1.3.1切入点与研究内容

1.3.2章节安排

第2章场道地基工后沉降组成划分

2.1交通荷载对地基变形的影响

2.2沉降组成划分的思路

2.2.1按照沉降机理的组成划分方式

2.2.2基于荷载因素的划分思路

2.3静荷载作用下的沉降模型

2.3.1模型形式的确定

2.3.2非线性最小二乘法[68]

2.3.3静荷载作用下的场道地基沉降规律

2.4交通荷载作用下的场道地基工后沉降

2.5本章小结

第3章场道地基交通荷载分析

3.1分析理论与模型

3.1.1 Boussinesq弹性理论[35]

3.1.2 Burmister层状弹性理论[36]

3.2飞机荷载特征与参数

3.2.1动荷系数

3.2.2通行架次

3.2.3常见飞机类型

3.2.4飞机起落架构型

3.2.5飞机的单轮参数

3.2.6轮迹横向分布

3.2.7混合交通

3.3飞机荷载作用下的场道地基附加应力分析

3.3.1计算荷载参数与场道结构参数

3.3.2刚性道面下的地基附加应力分析

3.3.3柔性道面下的地基附加应力分析

3.3.4地基附加应力分布影响因素

3.3.5飞机荷载对场道地基压缩层厚度的影响

3.3.6场道地基附加应力分布特征

3.4本章小结

第4章场道地基沉降预估方法研究

4.1循环荷载作用下土基累积变形指数模型

4.2基于变形等效的混合交通荷载分析方法

4.2.1道面设计对混合交通的考虑

4.2.2基于变形等效的荷载换算模型

4.2.3场道地基混合交通荷载分析

4.3沉降预估模型的建立

4.3.1动载沉降预估模型的修正

4.3.2场道地基沉降预估模型

4.3.3场道地基沉降预估算例与工后沉降特征

4.4本章小结

第5章场道地基设计指标研究

5.1基于变形控制的地基设计理念

5.2场道地基处理设计指标评述

5.3.1场道地基强度控制指标

5.3.2场道地基变形控制指标

5.3场道地基沉降速率研究

5.3.1引入沉降速率指标的必要性

5.3.2沉降速率模型

5.3.3场道地基沉降速率控制指标

5.4基于变形控制的场道地基设计指标

5.5本章小结

第6章场道地基变形控制与地基处理

6.1场道交通荷载的影响深度

6.1.1基于应力的交通荷载影响深度

6.1.2基于应变的交通荷载影响范围

6.2地基处理对原状土层结构的影响

6.2.1场道地基处理试验概况

6.2.2地基加固处理的层次效应

6.3场道地基工作模型

6.3.1一般压实地基工作模型

6.3.2强夯加固地基工作模型

6.3.3冲击碾压地基工作模型

6.4场道地基工作模型的沉降特征分析

6.4.1有限元方法与建模

6.4.2分析结果

6.5场道地基处理与沉降控制

6.6本章小结

第7章基于变形控制的场道地基设计新框架

7.1传统的场道地基设计方法

7.2基于变形控制的场道地基设计新框架

7.3本章小结

第8章结论与展望

8.1本文结论

8.2主要创新点

8.3进一步工作的方向

致谢

参考文献

附录

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果