高寒湿地公路软基处理新方法与机理研究

摘要

我国在内蒙古高寒地区存在大面积的湿地。由于经济开发和国防的需要,有些高速公路需要穿过湿地区域。由于湿地范围内的地基土表面为软粘土覆盖,需要经过处理才能高速公路的路基。高寒湿地路基的处理需要考虑的问题比较复杂,需要考虑当地的工程地质特点,冻胀影响,对环境的影响等因素,需要采用新的技术和方法。本文研究了利用强夯置换墩处治高寒湿地公路软基方法的技术机理与方法,并结合内蒙古海满一级公路二卡湿地实际工程建设中存在的一些关键技术问题,为强夯置换墩处治高寒湿地公路软基的设计和施工提供了依据及指导。工程实践已经验证了本文提出的方法的可行性和有效性。本文研究的主要成果如下:
　　 (1)采用数值分析、现场施工检测试验等手段,对强夯作用机理、强夯置换墩的成墩机制、强夯碎石墩复合地基的破坏形态、强夯碎石墩复合地基路堤稳定与变形影响因素等进行了分析,揭示了强夯开山石混合料置换墩处治湿地软基作用机理。
　　 (2)研究了强夯对软土地基的作用机理,得出了强夯冲击荷载和孔洞扩张作用使软土中产生高值超静孔隙水压力,造成软土发生水力劈裂作用,这种作用使软土的渗透性增加,使超静孔隙水压力迅速固结,达到了地基土强度增长的目的。
　　 (3)通过对复合地基承载力计算方法和路堤稳定性分析方法的对比分析,结合现有研究成果,推荐出了强夯置换墩复合地基承载力计算方法和路堤稳定性分析方法;基于极限平衡法,建立了散体材料变截面墩体极限承载力计算公式,为强夯置换墩这类散体材料变截面墩承载力计算提供了一种新的思路。
　　 (4)结合现场试验和依托工程施工,提出了强夯置换墩复合地基的施工工艺、质量检测手段、控制指标和要求。
　　 (5)通过数值分析和工程实践,得出强夯置换墩对地基渗透性没有影响,符合湿地保护要求。
　　 (6)基于对地温的实测分析,提出了高寒湿地路基冻胀防治措施,并通过实际工程检验了措施的有效性。
　　 (7)通过本文的研究提出强夯置换墩是处治高寒湿地软基的一种可行有效的方法。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 高寒湿地公路软基的特点

1.3 依托实验实体工程概况

1.4 国内外研究概况

1.4.1 强夯碎石墩复合地基承载机理与破坏形态

1.4.2 强夯碎石墩复合地基承载力确定方法

1.4.3 强夯碎石墩复合地基沉降分析方法

1.4.4 强夯碎石墩复合地基设计参数

1.5 本文研究的主要内容

第二章 强夯置换墩的基本特性

2.1 强夯碎石墩的成墩机制

2.1.1 强夯在地基中产生的波场

2.1.2 强夯产生的冲击波在土中的传播

2.1.3 强夯碎石墩的成墩过程

2.2 强夯碎石墩的墩形

2.3 强夯碎石墩成墩的影响因素

2.4 小结

第三章 强夯碎石墩的破环形态研究

3.1 有限元分析的基本原理和方法

3.1.1 采用的计算模型

3.1.2 基本假定

3.1.3 分析手段与方法

3.2 有限元分析几何模型和计算参数

3.3 强夯碎石墩破坏模式分析

3.3.1 端承墩破坏模式

3.3.2 悬浮墩破坏模式

3.3.3 墩体破坏模式与墩的着底情况、墩体长度的关系

3.4 强夯碎石墩复合地基破坏模式

3.4.1 分析工况

3.4.2 计算结果与分析

3.5 强夯碎石墩复合地基路基稳定性影响凶素分析

3.5.1 墩体形状对路堤稳定性的影响

3.5.2 过渡区厚度对路堤稳定性的影响

3.5.3 置换率的大小对路堤稳定性的影响

3.5.4 墩体长度对路堤稳定性的影响

3.5.5 垫层厚度对路堤稳定性的影响

3.5.6 墩数与墩径对路堤稳定性的影响

3.6 小结

第四章 强夯碎石墩处治软基路堤的稳定性分析方法研究

4.1 强夯碎石墩复合地基路堤稳定性分析方法

4.1.1 总应力法

4.1.2 有效固结应力法

4.1.3 有效应力法(简化的毕肖普法)

4.2 散体材料桩复合地基承载力计算方法

4.2.1 复合地基的承载力计算

4.2.2 散体材料桩单桩承载力计算

4.2.3 散体桩复合地基单桩承载力计算方法对比分析

4.3 基于极限平衡法的强夯碎石墩极限承载力推导

4.3.1 强夯碎石墩的破坏模式

4.3.2 计算模型假设及受力分析

4.3.3 散体材料变界面墩极限承载力的推导

4.3.4 算例

第五章 强夯碎石墩复合地基变形形态研究

5.1 分析采用的基本理论与模型

5.1.1 MohroCoulomb准则

5.1.2 Biot固结理论

5.1.3 墩土接触面模型

5.2 有限元数值分析方法

5.2.1 基本假定

5.2.2 分析模型及计算参数

5.3 变形形态与影响因素分析

5.3.1 墩体长度对复合地基变形的影响

5.3.2 路堤填土高度对复合地基变形的影响

5.3.3 垫层厚度对复合地基变形的影响

5.3.4 置换率对复合地基变形的影响

5.3.5 碎石墩强度对复合地基变形的影响

5.4 小结

第六章 强夯碎石墩处治软基路堤的沉降分析方法研究

6.1 引言

6.2 现有固结沉降理论

6.3 路堤强夯碎石墩复合地基固结度计算方法

6.3.1 径向固结度计算

6.3.2 竖向固结度计算

6.3.3 整个地基整体固结度计算

6.4 强夯碎石墩复合地基最终沉降量的计算方法

6.5 小结

第七章 基于工程实践的强夯碎石墩处治高寒湿地软基方法

7.1 强夯置换碎石墩对地基透水性能的影响

7.2 高寒湿地季节性冻土对公路路基设计影响的实验研究

7.3 强夯置换墩处理公路软基的设计要素分析

7.3.1 合理结构型式

7.3.2 加固范围及布墩方式

7.3.3 夯填材料的选择与用量

7.3.4 强夯参数的确定

7.4 强夯碎石墩墩工艺技术

7.4.1 施工工艺

7.4.2 施工准备工作

7.4.3 施工程序和施工方法

7.5 依托项目的工程实践

7.5.1 水文地质概况

7.5.2 工程设计方案

7.5.3 质量检测手段与方法

7.6 小结

第八章 总结与展望

8.1 主要结论

8.2 对该课题研究的展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢