高速公路路基拓宽泡沫轻质混凝土离心模型试验研究

摘要

泡沫轻质混凝土作为一种新型材料，因其具有多孔性、轻质性、密度和强度可调节性、耐久性、以及良好的施工性、硬化后可自立等优良特性，适用于解决高速公路拓宽路基不均匀沉降问题，具有良好的工程应用前景。
　　针对目前高速公路路基拓宽工程遇到的沉降不均匀问题，本文利用泡沫轻质混凝土新型材料，运用室内试验、数值模拟和离心试验等方法，对泡沫轻质混凝土进行了一系列研究，主要的研究内容及取得的研究成果有:
　　(1)通过无侧限抗压强度试验，研究泡沫轻质混凝土应力-应变特性，以及无侧限抗压强度、弹性模量等参数与湿密度之间的关系。随着湿密度增加，其标准化应力-应变曲线的变化模式从点屈服逐渐过渡到振荡屈服;抗压强度和弹性模量也逐渐增大。湿密度为700kg/m3的泡沫轻质混凝土其抗压强度可达到1.0MPa，能够满足高速公路拓宽填料要求标准。试验所得泡沫轻质混凝土力学参数，为公路拓宽路基沉降预测、应力计算、数值模拟等提供可靠依据。
　　(2)采用数值分析的方法，研究了高速公路路基拓宽全阶段新老路基的力学表现。计算表明，由于泡沫轻质混凝土自重轻，能够有效改善新建路基段受力条件，降低附加沉降，新老路基差异沉降也随之减少，新老路基侧向位移回缩量降低，减少对下部地基土体的孔压扰动，固结沉降量小，改善了下部土体受力情况。
　　(3)采用离心试验技术，对数值模拟的工况进行离心再现，模拟多年运营期的路基沉降过程。数据表明，泡沫轻质混凝土沉降规律与普通填料相似，整体上表现为混凝土结构特性。工后沉降方面，拓宽路基绕老路基坡脚做类似“刚体”转动，其稳定速度更为迅速。对于下部地基土压力，因其自重荷载与断面结构形式的影响，拓宽段地基土体内部土压力显著减小，对老路基区域的影响也十分微弱，结构整体稳定性好。
　　(4)通过对泡沫轻质混凝土的上述实验，对比发现其在高速公路路基拓宽中具有明显的技术优势，能够很好的处理新老路基差异沉降，减少由于拓宽带来的地基土体侧移量，改善地基土受力特性，降低对于土体孔压扰动，提高结构整体稳定性，是一种性能优良的高速公路拓宽路基填料。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国外高速公路路基拓宽工程研究现状

1．3 高速公路拓宽形式

1．4 高速公路拓宽工程主要病害及病害机理

1．4．1 高速公路拓宽工程主要病害

1．4．2 高速公路拓宽工程病害机理

1．5 轻质材料研究

1．5．1 轻质填料常见种类与特点

1．5．2 泡沫轻质混凝土研究现状

1．6 研究目标和技术路线

1．6．1 研究目标

1．6．2 技术路线

第2章 泡沫轻质混凝土基本力学性能

2．1 泡沫轻质混凝土

2．1．1 基本组成

2．1．2 主要工程特性

2．2 物理性能

2．2．1 容重

2．2．2 干缩性

2．2．3 流动性

2．2．4 隔热性能

2．3 力学性质

2．3．1 试件制作、养护、试件尺寸

2．3．2 实验过程与数据记录

2．3．3 数据分析

2．4 湿密度的选取

2．5 本章小结

第3章 高速公路拓宽工程数值分析

3．1 FLAC3D软件简介

3．2 标准断面

3．3 基本假设

3．4 有限元建模过程

3．4．1 模型的几何参数

3．4．2 网格划分和边界条件

3．4．3 计算参数

3．4．4 加载过程

3．5 计算结果分析

3．5．1 附加沉降分析

3．5．2 侧向位移分析

3．5．3 孔压扰动

3．5．4 土压力分析

3．6 本章小结

第4章 高速公路拓宽工程离心模型试验

4．1 离心模型试验原理

4．1．1 概述

4．1．2 离心模拟相似性

4．1．3 误差分析

4．2 试验目的与研究内容

4．3 模型设计

4．3．1 几何尺寸设计

4．3．2 材料相似关系设计

4．3．3 测试元器件布置

4．4 模型制作

4．5 试验过程

4．5．1 加载过程

4．5．2 土压力盒离心标定

4．6 试验结果

4．6．1 老路基填筑对比

4．6．2 拓宽路基位移

4．6．3 拓宽路基土压力

4．7 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及主要科研工作