山区机场高填方工程填筑速率的力学效应研究

发布时间：2019-09-12 00:08

【摘要】：本文结合目前国内山区机场典型高填方的工程实践和加载速率对岩土工程特性影响的基本理论,提出了高填方工程填筑速率的力学效应问题。采用现代岩土工程和岩体力学的先进理论和方法,结合了现代数学理论、室内试验技术、数值模拟技术、原位监测技术、计算机编程技术,从流变和固结两大方面,系统研究了山区机场高填方工程填筑速率的力学效应问题,建立了一套较完善的填筑速率力学效应的研究技术体系。研究成果既在基础理论和方法方面取得了进展,又在工程应用方面,解决了填筑速率的控制问题。概括起来,本文的主要研究内容和取得的主要成果如下:(1)系统总结了山区机场高填方工程的特点,以“三面一体”模型理论为研究的基本对象,进一步提出了四种典型高填方模型,并全面总结了填料的力学特性、施工特点等工程技术问题,为高填方工程的系统研究奠定了基础。(2)通过对线性牛顿体的蠕变公式推导,从本构关系上清晰的表明了加载速率对蠕变的影响。采用不同的加载方法,从力学理论公式上计算各种加载方法的蠕变量值,证明了快速加载的蠕变量比慢速加载的蠕变量更大的基本规律。(3)探讨了适用于填方工程应用的本构模型。以Cvisc粘弹塑性模型为基础,在分析了其表征的蠕变特征后,结合工程的实际认识,在原模型的基础上进行了退化处理,提出了一个适用于工程应用的退化Cvisc粘弹塑性模型。(4)在现有Barron砂井固结排水理论基础上,考虑了连续加载条件,推导了考虑井阻、涂抹效应的固结方程,并提出了适用于工程应用的简化方程。通过成熟的算例表明,该方程可以近似反映工程实际。(5)基于连续加载的固结方程,从理论上推导了饱和地基填筑施工临时边坡的稳定性系数公式,并证明其不仅取决于加载重力,还取决于地基的固结度情况,边坡稳定性随填筑速率和填筑历时呈动态变化的特征。同时,重新定义了施工临界高度的概念,将临界高度的判别标准确定在稳定系数上,并提出了施工临界高度的确定过程和方法。(6)以典型软岩填料高填方工程为研究对象,通过室内试验、数值模拟反演和模型辨识,确定了蠕变参数和本构模型。采用数值模拟方法,通过4种填筑速率的模拟计算结果,研究了软岩填料高填方的填筑速率力学效应,证明填筑速率对软岩高填方的流变特性有显著的影响。同时,结合原位监测数据,证明了填筑速率对边坡的稳定性也有重要的作用,填筑速率过大,将形成蠕滑-拉裂或者滑移-拉裂的边坡变形破裂模式。研究表明软岩填料高填方工程应以慢速(0.22m/d)和中速填筑(0.29m/d)。(7)以典型硬岩填料高填方工程为研究对象,采用数值模拟方法,通过2种填筑速率的模拟计算,研究了硬岩填料高填方的填筑速率力学效应。研究表明,填筑速率对硬岩高填方的流变特性和边坡稳定性没有显著影响,硬岩填料高填方工程可以快速填筑。(8)以典型饱和地基高填方工程为研究对象,研究了填筑速率对施工临时边坡稳定性的影响。按连续加载条件的砂井固结方程编制了超孔压的计算程序,计算了3种填筑速率的超孔压和固结度,并计算得到各种填筑速率在各时刻的边坡稳定性系数,同时得到不同填筑速率在各填筑高度上的边坡稳定性系数。研究表明,填筑速率对饱和地基高填方工程的力学效应显著,对临时边坡的稳定性和临界高度有直接的影响,工程中应以中速填筑。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：V351.1;TU751

【参考文献】