软土地基上加筋土路堤的力学行为与设计方法研究

摘要

目前，随着公路建设规模的扩大，经常要在软土地基上修筑路堤，采用加筋的方法对软土地基上的路堤进行处理已得到了广泛的应用，并获得了巨大的经济、社会效益。但当前对软土地基上加筋土路堤的作用机理尚不十分明确，相关规范还不完善，由此引起的工程病害普遍存在，理论的滞后严重影响了软土地基上加筋土路堤的工程应用。针对以上问题，本文以交通部西部交通建设科技项目“加筋土路基力学行为与设计方法的研究”为依托，遵循“工程问题—机理分析—影响因素—设计方法—工程应用”的思路，对软土地基上加筋土路堤进行深入的研究。引入了一种更能反映工程实际的稳定分析方法—强度折减法，并针对现行规范对变形考虑的不足，提出了“稳定控制与变形控制并重”的软土地基上加筋土路堤的设计方法，本文主要完成了以下方面的研究工作：(1)通过既有工程和国内外资料的调研，揭示了软土地基上加筋土路堤存在的主要工程问题，分析其病害形成的机理：路堤稳定性不足或变形过大，并在此基础上分析了加筋土路堤失效模式的控制因素；(2)采用筋土分离、流固耦合技术，建立了软土地基上加筋土路堤的非线性分析模型，该模型能充分反映不同时段路堤和地基的力学行为特征；(3)采用强度折减联合有限差分的方法，从潜在滑动面和安全系数两个方面对软土地基上加筋土路堤的稳定性进行全面的阐述，并采用有限差分法对软土地基上加筋土路堤的变形特点进行了详细的研究，并考察了筋材层数、筋材模量、筋材间距、筋材位置、填料强度及地基土模量等主要参数的敏感性；并初步提出了一些设计优化的工程建议，可为实体工程设计提供参考；(4)根据软土地基上加筋土路堤的力学行为特点和失效模式，提出了“稳定控制与变形控制并重”的设计思想，得到了软土地基上加筋土路堤稳定设计与变形设计的指标和标准，探讨了软土地基上加筋土路堤设计参数的确定和取值方法；(5)直剪试验研究了筋土界面的摩擦特性，室内模型试验分析加筋土路堤的力学行为特征。并选择重庆忠县至垫江段高速公路为依托工程，为期1年的观测数据验证了本文的部分成果。本文的研究成果将对我国公路、铁路、水利、建筑、机场以及码头等软土地区加筋土路堤工程建设具有重要的参考价值。关键词：软土地基；加筋土路堤；失效模式；强度折减法；有限差分法；稳定；变形；设计方法；现场调研；数值分析；FLAC

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1引言

1.2加筋土路堤的定义、分类及特点

1.2.1 加筋土路堤的定义

1.2.2 加筋土路堤的分类

1.2.3 加筋土路堤的特点

1.3软土地基上加筋土路堤的研究现状

1.3.1 软土地基加固方法的研究现状

1.3.2 加筋土技术应用发展状况

1.3.3 加筋土结构计算模型的研究现状

1.3.4 加筋土结构的设计方法研究现状

1.3.5 加筋土结构试验方面的研究现状

1.4研究目的、主要研究内容和关键技术

1.4.1 研究目的

1.4.2 主要研究内容

1.4.3 突破的关键技术

1.5研究方法和技术路线

1.5.1 研究方法

1.5.2 技术路线

第2章软土地基上加筋土路堤的作用机理及主要工程问题

2.1加筋材料的工程特性及工程应用

2.1.1土工格栅的工程特性

2.1.2土工格栅的工程应用

2.2加筋土的基本原理

2.2.1摩擦加筋原理

2.2.2准粘聚力原理

2.3加筋土的破坏形态及强度理论

2.3.1拉力破坏条件下加筋土的强度特征

2.3.2粘着破坏条件下加筋土的强度特征

2.3.3加筋土破坏形态的确定

2.4加筋土路堤的主要工程问题

2.4.1加筋土路堤调研发现的主要工程问题

2.4.2相关资料对软土地基上加筋土路堤主要工程问题的描述

2.4.3加筋土路堤的失效模式、形成机理及控制因素

2.5本章小结

第3章软土地基上加筋土路堤的稳定性分析

3.1软土地基上加筋土路堤的极限平衡稳定分析方法的评述

3.1.1软土地基上加筋土路堤稳定分析的极限平衡法

3.1.2各种极限平衡稳定分析方法的比较与评述

3.2强度折减稳定分析法

3.2.1强度折减稳定分析法的基本理论

3.2.2强度折减法与极限平衡法的比较

3.3有限差分方法及其实现

3.3.1有限差分法的基本理论

3.3.2有限差分法的实现

3.4软土地基上加筋土路堤的分析模型

3.4.1 Biot固结理论

3.4.2土体的本构模型

3.4.3筋材的本构模型

3.4.4筋材与土体的相互作用模型

3.5软土地基上加筋土路堤的稳定性规律

3.5.1软土地基上加筋土路堤的数值计算模型

3.5.2不同时段软土地基上加筋土路堤的稳定性变化规律

3.5.3软土地基上加筋土路堤稳定的敏感性分析

3.6本章小结

第4章软土地基上加筋土路堤的变形规律研究

4.1典型加筋土的应力-应变特征及影响因素分析

4.1.1加筋层数对加筋土应力-应变关系的影响

4.1.2筋材模量对加筋土应力-应变关系的影响

4.1.3土体内摩擦角对加筋土应力-应变关系的影响

4.1.4土体模量对加筋土应力-应变关系的影响

4.2软土地基上加筋土路堤的应力分布特征

4.2.1加筋土路堤剪应力分布特征

4.2.2加筋土路堤竖向应力分布特征

4.3软土地基上加筋土路堤的侧向变形规律

4.3.1加筋土路堤的侧向变形特点

4.3.2加筋土路堤的侧向变形的敏感性分析

4.4软土地基上加筋土路堤的竖向变形规律

4.4.1加筋土路堤的竖向变形特征

4.4.2加筋土路堤的竖向变形的敏感性分析

4.5工程建议

4.6小结

第5章软土地基上加筋土路堤的设计理论和方法

5.1软土地基上加筋土路堤的设计状态

5.2软土地基上加筋土路堤稳定控制的设计流程与步骤

5.2.1软土地基上加筋土路堤稳定控制的设计流程

5.2.2软土地基上加筋土路堤稳定控制的设计步骤

5.3软土地基上加筋土路堤变形控制的设计流程与步骤

5.3.1工后沉降变形计算理论与方法

5.3.2不均匀沉降计算理论与方法

5.3.3软土地基上加筋土路堤变形控制设计流程

5.3.4考虑变形控制的软土地基上加筋土路堤设计步骤

5.4软土地基上加筋土路堤设计指标和标准

5.4.1软土地基上加筋土路堤稳定设计指标和标准

5.4.2软土地基上加筋土路堤变形设计指标和标准

5.5软土地基上加筋土路堤设计参数的确定和取值方法

5.5.1地基土设计参数的确定和取值方法

5.5.2填料设计参数的确定和取值方法

5.5.3筋材设计参数的确定和取值方法

5.5.4筋土界面设计参数的确定和取值方法

5.5.5行车荷载的确定和取值方法

5.6设计示例

5.7小结

第6章室内试验与试验路

6.1直剪试验

6.1.1概述

6.1.2试验仪器、材料和方法

6.1.3试验结果

6.1.4试验结果分析

6.2室内模型试验

6.2.1室内模型试验的目的和内容

6.2.2试验结果分析

6.2.3室内模型试验小结

6.3重庆忠垫高速公路试验路段

6.3.1工程概况

6.3.2监测方案

6.3.3观测结果及分析

6.4本章小结

第7章结论与展望

7.1主要成果及结论

7.2主要创新点

7.3进一步工作的方向

致谢

参考文献

个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果