结构性软土地基长期沉降的水土耦合数值分析

发布时间：2020-06-06 19:47

【摘要】：结构性对软土的力学性质有显著影响,在道路工程中往往会因缺乏考虑土的结构性而引起超出预料的沉降变形问题。本文以京沪高速公路江苏某区间路基沉降问题为背景,进行室内土工试验获得了该路段20m以上土层的物理力学性质;提出了一种考虑应力历史的原始土的本构参数和初始状态的反演方法;然后利用水土耦合有限元程序GLEAVES分析了土的应力历史、结构性、渗透性、软土层厚度、塑性应变比控制参数A等对路基沉降的影响,并提出三种沉降控制措施。从上述研究可以得到以下主要结论:1.从土体物理试验可以看出该路段20m以上土层均为低液限黏土。固结试验和三轴试验结果表明2a层、3a层土为超固结土,初始孔隙比小、三轴剪切有效应力路径沿临界状态线向上走;而4、6层土为结构性软土,固结试验结果呈现明显的三段式曲线,三轴试验呈现应变软化现象。2.堆载应力历史破坏软土的结构性,对其力学特性有显著影响。在缺乏堆载之前原始土的试验数据的情况下,本文提出了一种利用有堆载应力历史的土的固结试验数据来反推原始土的本构参数的方法。具体来说,首先通过模拟有堆载应力历史的土的固结试验数据获得本构材料参数,然后进行数值计算获得路基填方引起的附加应力荷载,接着通过模拟该附加应力荷载和取样-再固结过程来反推路基填方前原始土的本构参数和初始状态。利用原始土的参数进行路基沉降有限元模拟得到的结果与沉降监测数据相符,验证了上述参数取值方法的正确性和Shanghai模型在该地区软土中的适用性。3.分析了土体应力历史、结构性、渗透性、软土层厚度、塑性应变比控制参数A对路基沉降发展的影响。结果表明:(1)土体应力历史破坏了原始土的结构性,导致不考虑土体应力历史的模拟沉降量远小于考虑土体应力历史的模拟沉降量。(2)土体结构性越强,荷载引起的最大孔压值越大,土层压缩量和路基沉降量也越大。(3)渗透性减小会导致最大孔压值增大,路基沉降量增大,沉降稳定时间明显延长。(4)软土层厚度对路基沉降与沉降稳定时间影响显著,软土层厚度与总沉降量呈线性正相关,与沉降时间呈二次函数关系。(5)塑性应变比控制参数值越大,路基沉降越大,路基周围土体侧向水平变形也越大。(6)EPS材料路基替换、泡沫混凝土路基替换、软弱层注浆加固的沉降控制措施都可以降低路基沉降;软弱层注浆加固提高了土体的渗透系数,沉降稳定时间明显缩短。
【图文】：

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图 1- 1 世界范围内主要黏土分布区域Fig.1-1 The main worldwide clay distribution region图 1- 2 中国境内主要黏土分布区域Fig.1-2 The main Chinese clay distribution region1-2 中可以看出，我国软土多分布在经济发达的东部沿海区域上海、杭州、广州、深圳等大中城市。随着经济的发展，这些

区域图,中国境内,经济发达,东部沿海

-2-图 1- 2 中国境内主要黏土分布区域Fig.1-2 The main Chinese clay distribution region1-2 中可以看出，我国软土多分布在经济发达的东部沿海区域上海、杭州、广州、深圳等大中城市。随着经济的发展，这些日益增大，地上交通网络不断加密，建筑不断高层、超高层，隧道，市政管线等更加密集。工程难度不断加大的同时，给工程建设带来了极大的风险，这对工程施工技术和管理制要求。速公路是我国大陆第一条全线建成的高速公路国道主干线，也纵七横"和"两纵两横"三个重要路段的一条，，同时也是国家高
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU447

【参考文献】