下卧倾斜硬层或岩层的软土路基蠕变变形及路面破坏特性研究

发布时间：2021-06-12 00:24

　　沿海、沿河、沿湖或洼地建设公路时经常会遇到软土层的下卧硬层倾斜或存在台阶的情况。由于软土本身具有工程性质差、蠕变明显的特点,下卧硬层倾斜或存在的台阶会使得软土的厚度发生变化,从而导致修建其上的道路出现过大的不均匀沉降、侧向位移以及路面结构应力等问题。本文以浙东沿海某一修建在下卧倾斜且存在台阶软土地基上的公路为研究对象,采用现场调研、理论分析和数值计算等方法对下卧硬层倾斜或存在台阶时软土地基的蠕变和路面结构的应力展开研究。主要研究内容包括以下几个方面。首先,根据软土蠕变的机理及特性、粘弹性力学相关理论,采用合适的粘弹性本构模型,对浙东沿海某地的软土蠕变实验数据进行参数的拟合,得到了该软土蠕变参数,为后文理论推导和数值模拟提供依据。其次,采用文克尔地基模型,通过假设Laplace像空间中粘弹性地基的地基反力系数随地基的厚度发生变化,将变厚度的粘弹性地基转化为相关地基参数变化的均匀厚度地基。将无限长道路横断面处理为变厚度粘弹性地基上的梁,以及将有限长度道路处理为变厚度粘弹性地基上的板,从而进行了相关的求导。内容包括:（1）推导了Laplace像空间和实际条件下变厚度线粘弹性地基上的简支弹性梁... 

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下卧硬层软土地基

东南大学硕士学位论文10加而逐渐减小；（3）等速蠕变阶段（bc段）：此时的蠕变变形速率为一稳定的数值，且该数值较小；（4）加速蠕变阶段（cd段）：此阶段的蠕变变形速率越来越大，直至发生破坏。图2.1软土蠕变变形曲线总的来说，软土蠕变的变形时间与软土的类型、所承受的荷载大小有关。对于同一种软土，所承受的荷载越大，其蠕变变形的持续时间越短。当软土所承受的荷载超过软土的承载能力时，则会发生软土破坏的现象。2.2粘弹性力学的相关理论粘弹性力学是连续体力学的重要组成部分，它在生物科学、航空航天、高聚化合物工程、道路工程等领域均有广泛的应用。研究内容主要包括以下两个方面：（1）材料的粘弹性性能的描述与本构关系的表达；（2）边值问题的建立和求解。其中，由于线粘弹性力学的求解过程和方法与弹性力学的求解相似，因此对于某些具体问题可以通过对弹性力学的解进行相应的积分变换和逆变化（如Laplace变换和逆变换），从而得到粘弹性情况下的解，这便是弹性-粘弹性对应性原理。但由于某些问题过于复杂，进行积分的逆变换存在求解上的困难，这便衍生出了相关的数值解法。2.2.1微分型本构关系描述物体的粘弹性本构关系常采用的方法是元件法。它是通过将弹性元件（弹簧）和粘弹性元件（阻尼器）以不同的方式进行组合（串联和并联），从而得到不同的应力应变与时间的关系。弹簧和粘壶分别服从胡克定律（式2.1）和牛顿粘性定律（式2.2）：E或=G(2.1)1或(2.2)式中，σ、τ、ε、γ分别为正应力、剪应力、正应变和剪应变；E、G分别为材料的弹性模量和剪切模量；、1则为材料的粘性系数。（1）Maxwell模型如图2.2（a）所示，由弹性元件和粘性元件串联而成的模型称为Maxwell模型。Maxwell模型的本构方程为

东南大学硕士学位论文12而增加，且应变增长率逐渐减缓。当t时，应变曲线无限接近于直线B：000()AmmkttEE。（a）Maxwell模型（b）Kelvin模型（c）Burgers模型图2.2Maxwell模型、Kelvin模型和三参量固体模型示意图t/EtAB图2.3Kelvin模型的蠕变函数图像图2.4Burgers模型的蠕变函数图像（4）一维微分型本构关系归纳简单的粘弹性模型的本构方程，并进行相应的推导，可以导出一维线粘弹性微分型本构方程如式（2.9）所示。01230123pppp...qqqq...或写作00mkmkkkkkkkddpqdtdt(2.9)式中，kp、kq为材料性质常数，一般取0p=1。可以看出，前文讨论的Maxwell模型、Kelvin模型、Burgers模型的本构方程均为式（2.9）的特殊形式。（5）三维微分型本构关系根据弹性力学相关理论，在小变形的情况下，各向同性材料的应力和应变张量可以分解为球张量和偏张量两个部分，即


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