路堤下斜坡湖相软土地基的稳定性及变形研究

摘要

近年来，随着我国公路建设规模的日益扩大，高速公路不可避免地要经过一些特殊地基，如斜坡湖相软土地基等。斜坡湖相软土地基在路基横断面方向和沿路线纵向均具有坡度，因此其土层的成层情况更为复杂，土体具有较强的空间变异性。目前关于路堤荷载作用下斜坡湖相软土地基的变形及稳定性研究，大多数将其看作平面应变问题进行研究，尽管有些是进行三维有限元数值模拟，但是纵向长度只取单位长度，这样并不能体现沿路线纵向地基土坡度对斜坡湖相软土地基的变形及稳定性的影响。
　　鉴于此，本文结合云南某高速公路工程，运用大型通用有限元软件ABAQUS分别建立了路堤荷载作用下斜坡湖相软土地基的二维和三维有限元数值分析模型，对路堤荷载作用下斜坡湖相软土地基的变形特征进行分析，并与实测结果进行对比，验证了模型的准确性;在此基础上，基于有限元强度折减法，建立了多种工况下的斜坡湖相软土地基的二维和三维数值分析模型，对其稳定性进行分析;最后通过正交试验对路堤下斜坡湖相软土地基的变形影响因素显著性进行了研究，主要研究成果如下:
　　1.运用有限元法建立路堤荷载作用下斜坡湖相软土地基的二维和三维数值分析模型，并结合现场实测沉降数据，初步论证了斜坡湖相软土地基的变形应采用三维数值分析模型进行研究;在此基础上，对斜坡湖相软土地基的沉降和侧向位移变形规律进行了分析。
　　2.基于强度折减法，将湖相软土层厚度、杂填土厚度、湖相软土尖灭度、沿路线纵向坡度作为斜坡湖相软土地基稳定性的主要影响因素，利用数值模拟手段，分别探讨了各因素对斜坡湖相软土地基二维和三维稳定性的影响。
　　3.运用非线性有限元法建立了路堤荷载作用下水平湖相软土地基、水平普通地基、地表为水平的斜坡普通地基和地表为水平的斜坡湖相软土地基四种工况下的数值分析模型，分析了各种工况下地基表面竖向位移以及坡脚处侧向位移的变形规律。
　　4.将湖相软土层厚度、杂填土厚度、弹性模量比、湖相软土尖灭度和沿路线纵向坡度五个因素作为影响斜坡湖相软土地基变形的主要影响因素，通过正交试验，对各因素对斜坡湖相软土地基的纵向差异沉降、竖向位移和侧向位移的显著性进行了分析。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状分析

1．2．1 湖相软土工程特性研究

1．2．2 路堤下斜坡软土地基数值模拟研究

1．2．3 斜坡软土地基变形及稳定性影响因素

1．3 问题的提出

1．4 研究内容

1．5 技术路线

2 路堤下斜坡湖相软土地基的变形特征

2．1 依托工程概况

2．1．1 地形地貌

2．1．2 地质状况

2．2 试验段路基填筑及沉降监测

2．2．1 路堤填筑方案

2．2．2 沉降监测方案

2．2．3 路基填筑期的地基沉降监测结果

2．3 试验段路面填筑及沉降监测

2．3．1 沉降监测方案

2．3．2 路面铺筑期的沉降-时间监测曲线

2．3．3 路面铺筑期的沉降速率-时间监测曲线

2．4 试验段地基变形规律

2．4．1 数值分析模型

2．4．2 地基沉降规律

2．4．3 地基侧向位移规律

2．5 本章小结

3 路堤下斜坡湖相软土地基的稳定性分析

3．1 有限元强度折减法

3．2 数值分析模型建立

3．3 稳定性的影响因素

3．3．1 湖相软土层厚度对斜坡湖相软土地基稳定性的影响

3．3．2 杂填土厚度对斜坡湖相软土地基稳定性的影响

3．3．3 湖相软土尖灭度对斜坡湖相软土地基稳定性的影响

3．3．4 沿路线纵向坡度对斜坡湖相软土地基稳定性的影响

3．4 本章小结

4 路堤下斜坡湖相软土地基的变形分析

4．1 数值分析模型建立

4．2 四种工况下的变形特性分析

4．2．1 水平湖相软土地基路堤

4．2．2 水平普通地基路堤

4．2．3 地表为水平的斜坡普通地基路堤

4．2．4 地表为水平的斜坡湖相软土地基路堤

4．2．5 对比分析

4．3 斜坡湖相软土地基变形特征的影响因素分析

4．3．1 湖相软土层厚度对斜坡湖相软土地基变形的影响

4．3．2 杂填土厚度对斜坡湖相软土地基变形的影响

4．3．3 弹性模量比对斜坡湖相软土地基变形的影响

4．3．4 湖相软土尖灭度比对斜坡湖相软土地基变形的影响

4．3．5 沿路线纵向坡度对斜坡湖相软土地基变形的影响

4．4 基于变形的影响因素显著性分析

4．4．1 因素水平及试验方案设计

4．4．2 基于纵向差异沉降的影响因素显著性分析

4．4．3 基于竖向位移的影响因素显著性分析

4．4．4 基于侧向位移的影响因素显著性分析

4．5 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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