高速公路路基拓宽泡沫轻质混凝土离心模型试验研究

发布时间：2017-06-04 23:12

  本文关键词：高速公路路基拓宽泡沫轻质混凝土离心模型试验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：泡沫轻质混凝土作为一种新型材料,因其具有多孔性、轻质性、密度和强度可调节性、耐久性、以及良好的施工性、硬化后可自立等优良特性,适用于解决高速公路拓宽路基不均匀沉降问题,具有良好的工程应用前景。针对目前高速公路路基拓宽工程遇到的沉降不均匀问题,本文利用泡沫轻质混凝土新型材料,运用室内试验、数值模拟和离心试验等方法,对泡沫轻质混凝土进行了一系列研究,主要的研究内容及取得的研究成果有：(1)通过无侧限抗压强度试验,研究泡沫轻质混凝土应力-应变特性,以及无侧限抗压强度、弹性模量等参数与湿密度之间的关系。随着湿密度增加,其标准化应力-应变曲线的变化模式从点屈服逐渐过渡到振荡屈服；抗压强度和弹性模量也逐渐增大。湿密度为700kg/m3的泡沫轻质混凝土其抗压强度可达到1.OMPa,能够满足高速公路拓宽填料要求标准。试验所得泡沫轻质混凝土力学参数,为公路拓宽路基沉降预测、应力计算、数值模拟等提供可靠依据。(2)采用数值分析的方法,研究了高速公路路基拓宽全阶段新老路基的力学表现。计算表明,由于泡沫轻质混凝土自重轻,能够有效改善新建路基段受力条件,降低附加沉降,新老路基差异沉降也随之减少,新老路基侧向位移回缩量降低,减少对下部地基土体的孔压扰动,固结沉降量小,改善了下部土体受力情况。(3)采用离心试验技术,对数值模拟的工况进行离心再现,模拟多年运营期的路基沉降过程。数据表明,泡沫轻质混凝土沉降规律与普通填料相似,整体上表现为混凝土结构特性。工后沉降方面,拓宽路基绕老路基坡脚做类似“刚体”转动,其稳定速度更为迅速。对于下部地基土压力,因其自重荷载与断面结构形式的影响,拓宽段地基土体内部土压力显著减小,对老路基区域的影响也十分微弱,结构整体稳定性好。(4)通过对泡沫轻质混凝土的上述实验,对比发现其在高速公路路基拓宽中具有明显的技术优势,能够很好的处理新老路基差异沉降,减少由于拓宽带来的地基土体侧移量,改善地基土受力特性,降低对于土体孔压扰动,提高结构整体稳定性,是一种性能优良的高速公路拓宽路基填料。
【关键词】：泡沫轻质混凝土 差异沉降 路基拓宽 离心试验
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.1
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 研究背景及意义12-14
• 1.2 国外高速公路路基拓宽工程研究现状14-15
• 1.3 高速公路拓宽形式15-16
• 1.4 高速公路拓宽工程主要病害及病害机理16-19
• 1.4.1 高速公路拓宽工程主要病害16-17
• 1.4.2 高速公路拓宽工程病害机理17-19
• 1.5 轻质材料研究19-22
• 1.5.1 轻质填料常见种类与特点19-20
• 1.5.2 泡沫轻质混凝土研究现状20-22
• 1.6 研究目标和技术路线22-24
• 1.6.1 研究目标22
• 1.6.2 技术路线22-24
• 第2章 泡沫轻质混凝土基本力学性能24-36
• 2.1 泡沫轻质混凝土24-25
• 2.1.1 基本组成24
• 2.1.2 主要工程特性24-25
• 2.2 物理性能25-27
• 2.2.1 容重25-26
• 2.2.2 干缩性26
• 2.2.3 流动性26
• 2.2.4 隔热性能26-27
• 2.3 力学性质27-35
• 2.3.1 试件制作、养护、试件尺寸27-30
• 2.3.2 实验过程与数据记录30
• 2.3.3 数据分析30-35
• 2.4 湿密度的选取35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 高速公路拓宽工程数值分析36-49
• 3.1 FLAC~(3D)软件简介36
• 3.2 标准断面36-38
• 3.3 基本假设38
• 3.4 有限元建模过程38-41
• 3.4.1 模型的几何参数38-39
• 3.4.2 网格划分和边界条件39-40
• 3.4.3 计算参数40
• 3.4.4 加载过程40-41
• 3.5 计算结果分析41-48
• 3.5.1 附加沉降分析41-43
• 3.5.2 侧向位移分析43-46
• 3.5.3 孔压扰动46-47
• 3.5.4 土压力分析47-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第4章 高速公路拓宽工程离心模型试验49-78
• 4.1 离心模型试验原理49-53
• 4.1.1 概述49-50
• 4.1.2 离心模拟相似性50-51
• 4.1.3 误差分析51-53
• 4.2 试验目的与研究内容53
• 4.3 模型设计53-60
• 4.3.1 几何尺寸设计54-56
• 4.3.2 材料相似关系设计56-59
• 4.3.3 测试元器件布置59-60
• 4.4 模型制作60-63
• 4.5 试验过程63-66
• 4.5.1 加载过程63-64
• 4.5.2 土压力盒离心标定64-66
• 4.6 试验结果66-76
• 4.6.1 老路基填筑对比66-69
• 4.6.2 拓宽路基位移69-74
• 4.6.3 拓宽路基土压力74-76
• 4.7 本章小结76-78
• 结论与展望78-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-87
• 攻读硕士学位期间发表论文及主要科研工作87

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本文编号：422375