交通荷载作用下软土地基动力特性及加筋道路动力响应研究

摘要

本文针对交通荷载作用下软土地基的动力特点，通过室内动三轴试验详细研究了循环荷载作用下软土的动力特性，并采用有限元和半解析的方法研究了循环荷载和移动荷载作用下加筋道路的动力响应。 首先采用英国GDS公司研制生产的高精度动静三轴试验设备，对杭州地区饱和软粘土进行了应力控制的循环三轴试验，详细研究了饱和软粘土在循环荷载作用下的应变、孔压等特性，分析了各种因素对软土动力特性的影响，重点研究了偏移应力的大小、荷载频率、超固结比、循环应力比等因素对软土动弹性模量衰减的影响，并经过回归分析得到了反映动弹性模量衰减规律的经验公式。 然后编制了用户子程序将该公式导入有限元分析软件ABAQUS中，采用ABAQUS对软基加筋与不加筋道路在交通荷载作用下的动力响应进行了对比分析，研究了动荷载作用下软基加筋道路的作用机理。结果表明，软土的软化特性对软基加筋和不加筋道路的动力响应有明显影响，同时，加筋可以使土体应力均化，约束土体的水平变形，减小道路的整体沉降，并减少道路的不均匀沉降。之后又详细研究了荷载形式、荷载频率、筋材模量、加筋位置、加筋层数、软土层厚度等对加筋效果的影响。 最后将多层筋材加筋的路堤看成宏观上的横观各向同性体，用半解析法分别对移动条形荷载作用下未铺面层的饱和加筋路堤和铺设面层的饱和软基加筋道路系统的动力响应问题进行了研究。对于未铺面层的饱和加筋路堤，由忽略土粒压缩和土体自重的Biot波动方程出发，对荷载进行Fourier级数展开，假设了响应函数的级数形式，结合边界条件，由待定系数法求解了考虑固液耦合作用的饱和加筋复合土体在移动荷载作用下的土体位移及孔压表达式。对于铺设面层的饱和软基加筋道路系统，将加筋道路的面层简化为弹性梁，加筋路堤作为横观各向同性体，同时考虑了下卧土层孔隙水的影响，由忽略土粒压缩和土体自重的Biot波动方程出发，结合边界条件，由待定系数法求解了考虑固液耦合作用的软基加筋道路系统在移动荷载作用下的土体位移及孔压表达式。最后，结合算例分析了加筋率、筋材模量、荷载移动速度等对加筋道路竖向位移和孔压的影响。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：资助

第1章绪论

1.1问题的提出

1.2软土地基加筋道路系统

1.3加筋道路的试验研究

1.4加筋道路的计算方法

1.5本文所做的工作

第2章循环荷载作用下软土的动力特性试验

2.1引言

2.2软土动力试验研究现状

2.3试验目的

2.4试验仪器

2.5试验土样

2.6试验步骤及结果

2.7本章小结

第3章循环荷载作用下软土动模量与应变关系

3.1引言

3.2试验数据分析

3.3应变软化模型的建立及参数的确定

3.4本章小结

第4章考虑软土软化效应的加筋道路有限元分析

4.1引言

4.2加筋道路计算模型

4.3 ABAQUS及用户子程序的编制

4.4模型验证

4.5算例分析

4.6本章小结

第5章影响加筋效果的因素分析

5.1引言

5.2计算模型及参数

5.3影响因素分析

5.4本章小结

第6章移动荷载作用下未铺面层加筋路堤的动力响应

6.1引言

6.2加筋复合土体横观各向同性参数

6.3控制方程及求解

6.4算例分析

6.5本章小结

第7章移动荷载作用下加筋道路系统的动力响应

7.1引言

7.2加筋复合土体横观各向同性参数

7.3控制方程及求解

7.4算例分析

7.5本章小结

第8章结论与建议

8.1主要结论

8.2进一步研究的建议

参考文献

致 谢

附件：作者攻读博士学位期间撰写的论文