一级公路路基拓宽差异沉降影响因素及控制标准分析

摘要

在一级公路改造工程设计施工过程及道路运营阶段中，新老路基间的差异沉降问题不可避免，为分析研究一级公路拓宽路基差异沉降关键影响因素及其控制标准问题，本文依托实际工程，选取ABAQUS分析软件采用有限元法基于饱和土单向固结理论对一级公路拓宽路基差异沉降进行计算，分析探讨了路基拓宽宽度、路基高度、路基填料模量、路基模量关键因素对差异沉降的影响，并从设计、施工以及路面结构使用角度研究拓宽路基差异沉降控制指标，得出以下研究结论:
　　(1)分析一级公路路基拓宽工程的主要病害形式，总结路基差异沉降形成原因主要包括拓宽路基压实度不足、高填方路基、新老路基结合部强度不足等，在设计和施工各环节应针对形成原因采取有效工程措施来避免或减少不均匀沉降。
　　(2)拓宽路基顶面沉降变化曲线总体呈“勺”形变化，老路路基和拓宽路基的总体等效应力水平虽不大，但在新拓宽路基顶部中间位置出现应力集中现象，在实际拓宽路基施工中需在路基结合部加铺土工格栅等措施来防止应力过大导致结构层发生破坏。
　　(3)采用正交试验设计法对路基拓宽宽度、路基高度、路基填料模量、路基模量四个拓宽路基差异沉降关键因素进行综合分析，以路基顶面竖向沉降和水平位移为考核指标，得出对竖向沉降影响程度最大的影响因素为路基拓宽宽度。
　　(4)对路基不同拓宽方式在不同拓宽宽度情况下的路基顶面沉降进行分析可知，当路基拓宽宽度增加至8m后，拓宽路基最大沉降出现位置处出现了反坡效应，建议单侧拓宽宽度以8～12m为宜。
　　(5)对不同路基填土高度时拓宽路基顶面差异沉降变化分析可知，随着路基填土高度不断增大，拓宽路基中差异沉降值逐渐增大;路基土的弹性模量对于新拓宽的路基部分影响程度较大，随着弹性模量增加，新拓宽路基顶面不均匀沉降量呈下降趋势，施工时路基土的各项特性需通过现场试验严格保证。
　　(6)经探讨研究，建议在施工完成时以横坡斜率偏差i≤0.3％作为检验道路工程施工质量控制指标，以路面变坡率i≤0.46％作为路面结构使用阶段差异沉降控制标准;本文建立的路基拓宽差异沉降限值S与新老路基拓宽比l、新路基填料弹性模量比k、路基高度h间的拟合方程式能较真实反映影响因素与路基拓宽差异沉降控制指标的内在规律，可为实际路基拓宽工程的设计与施工提供参考。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 本文研究意义与目的

1．2 路基拓宽差异沉降及控制技术研究现状

1．2．1 路基拓宽差异沉降及控制技术国外研究现状

1．2．2 路基拓宽差异沉降及控制技术国内研究现状

1．3 主要研究内容和技术研究路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 技术研究路线

第二章 一级公路路基拓宽差异沉降相关计算理论

2．1 土体单向固结沉降理论

2．1．1 饱和土的有效应力原理

2．1．2 单向固结理论

2．2 土的本构模型

2．2．1 Mohr-Coulomb模型

2．2．2 Drucker-Prager模型

2．3 ABAQUS在道路工程中的应用

2．4 本章小结

第三章 一级公路路基拓宽差异沉降病害及其成因分析

3．1 一级公路路基拓宽差异沉降病害分析

3．1．1 差异沉降引起的路面破坏

3．1．2 差异沉降引起的路基破坏

3．2 一级公路路基拓宽差异沉降成因分析

3．2．1 拓宽路基压实度不足导致差异沉降

3．2．2 高填方路基导致差异沉降

3．2．3 新老路基结合部强度不足导致差异沉降产生

3．3 本章小结

第四章 一级公路路基拓宽差异沉降计算模型建立

4．1 依托工程概况

4．1．1 工程背景

4．1．2 地形地貌特征

4．1．3 水文地质情况

4．1．4 主要技术标准

4．2 路基改造及老路加宽方案

4．3 有限元模型建立

4．3．1 基本假设

4．3．2 参数选取

4．3．3 模型设置和加载历程

4．4 拓宽路基有限元结果分析

4．4．1 拓宽路基位移有限元计算结果

4．4．2 拓宽路基应力有限元计算结果

4．5 本章小结

第五章 一级公路路基拓宽差异沉降影响因素分析

5．1 路基拓宽差异沉降影响因素正交试验分析

5．1．1 正交试验设计方法

5．1．2 路基拓宽差异沉降影响因素正交试验设计

5．1．3 影响因素敏感性极差分析计算结果

5．2 一级公路路基拓宽差异沉降关键因素影响分析

5．2．1 路基拓宽方式与拓宽宽度对拓宽路基差异沉降影响分析

5．2．2 路基高度对拓宽路基差异沉降影响分析

5．2．3 拓宽路基土参数对拓宽路基差异沉降影响分析

5．3 本章小结

第六章 一级公路路基拓宽差异沉降控制标准研究

6．1 一级公路路基拓宽差异沉降控制指标

6．1．1 考虑施工因素的差异沉降控制标准

6．1．2 考虑设计因素的差异沉降控制标准

6．1．3 考虑路面结构使用性因素的差异沉降控制标准

6．2 路基拓宽差异沉降控制标准公式研究

6．2．1 新老路基拓宽比与拓宽地基差异沉降限值关系表达式

6．2．2 地基、新路基填料弹性模量比与拓宽地基差异沉降限值关系表达式

6．2．3 路基高度与拓宽路基差异沉降限值关系表达式

6．3 本章小结

第七章 主要结论与展望

7．1 主要结论

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况