高速公路改扩建新旧路基差异沉降规律及加固技术研究

发布时间：2020-11-21 17:17

　　 随着我国经济的飞速发展,交通运输行业也迎来了机遇与挑战,虽然国家不断加大对高等级公路及城市道路的建设力度,但路网中较低等级的道路已经无法满足现如今日益增长的交通需求。对现有低等级道路进行改建拓宽,是解决高速公路拥挤问题的最佳解决方案。高速公路改扩建工程作为近些年发展起来的一项系统性工程,在各个方面都存在一些工程难点,其控制新旧路基差异沉降更是一直难以解决的问题,本文依托高青至广饶高速公路部分路段加宽工程,对新旧路基差异沉降问题展开了深入的研究,获得了一些有价值的结论。(1)从路基沉降计算理论入手,基于土体孔隙介质特性探讨了影响路基沉降的因素,并在经典分层总和沉降法基础上引入了路基侧向变形这一计算变量,通过查阅相关侧向变形文献,将路基边坡对路基侧向变形的作用等效为被动土压力,建立了考虑侧向变形的路基沉降计算模型,修正了传统计算方法,通过与现场试验进行对比分析,计算曲线与现场监测沉降曲线吻合,验证了该修正方法的合理性。(2)通过建立新旧路基地质力学模型,分别研究了土工格栅、碎石桩和CFG桩的加固效果。模型试验结果表明:在常规新旧路基模型中新路基路面沉降较大,新旧路基搭接部差异沉降明显,在极限荷载下,路基失稳模式表现新填路基产生滑移面,部分路基产生滑移;土工格栅加固路基可以有效限制新填路基侧向变形,在一定程度上减少了路面沉降,路基与土工格栅组成加筋土提高了路基的抗剪强度,在相同加载条件下,路基极限荷载比常规路基提高较大;碎石桩虽可以将部分荷载传递到路基深部,但在路基加载过程中产生了扩孔现象,碎石桩扩孔增加了新填路基的侧向变形,没有达到控制路面沉降的作用,路基失稳模式与常规路基相同,对新填路基加固效果较差;CFG桩既可以将路面荷载传递到路基深部,又因土拱效应有效限制新填路基的侧向变形,对路基加固作用和控制差异沉降效果最好。通过对模型试验中路基竖向沉降及侧向变形的分析,验证了理论分析中侧向变形对路基沉降的影响,确定了修正计算方法的合理性。(3)模型试验受试验条件和监测点的限制,无法全面的对每个工况进行更进一步的研究,为了更加深入的研究不同结构物的加固效果,利用ABAQUS对不同加固方式进行数值模拟分析。模拟结果表明:土工格栅在路基边坡坡腰位置加固效果最好,在坡脚和坡顶位置加固效果相对较弱;CFG加固形式模拟了两种桩长的工况,结果表明长桩可以有效控制新填路基的失稳,提高其稳定性,通过分析桩的受力变形情况,分析了 CFG桩的作用机理。数值模拟提取了更多的路基模型不同位置的变形数据,对路基模型的应力应变规律有了更加直观具体的认识。本文通过数值计算、模型试验和数值模拟三种研究手段,研究分析了高速公路改扩建工程中新旧路基差异沉降问题及不同加固技术的加固机理和加固效果,补充完善高速公路改扩建领域相关研究,相关研究基础和研究成果能够为高速公路改扩建工程提供一定的参考。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U416.1
【部分图文】：

模型和结构物之间各部分的应力应变情况。??１．３．２技术路线图??本文总体研宄路线如图１－２所示。??ｋ理论分析模型试验Ｊ?１｜?（数值樹以ｊ??????、???????－?—?—??????，＿＿?［?１?［?旧路基差异沉降ｇ?Ｉ?［?ｆ新旧路基差异沉降０?）??丨新旧路，瓜ｐ规律理｜?｜?〔律及加固模型试验ｊ丨?｜丨律及加固数值模拟ｊ?ｉ??新?｜?ｖ＿＿＾＿／＇?Ｉ?＿?！?＇?ｎ?乂?｜?一?｜?＇?Ｉ??１?！ｉ?！?！?！??１１１沉關正原理ｊ?ｉｉｉ?＾?！?ｊ！?１１、…二ｒ?—」ｊ??沉Ｉ?！?１?Ｉ?ｌ酿基沉降变化ｊ?！?５?！?Ｌ?数姓Ｊ?Ｉ??降?｜?二?｜?变?ｉ?｜?￣１—Ｔ?１?ｊ?况?Ｉ?｜?ｊ?１?＾??规－＞Ｊ?分考?！＿＞?形—｜—？的一？！???ｆｆｉ?＾??律丨Ｓ?１｜２?１常土５？（：｜＿丨常工?Ｆｌ??及Ｓｌｆ１规工尝ＦｌＪ１规?格?Ｇ??加路格路?棚?桩??固１?Ｓ?ｉ?Ｉ?ｆ?１基棚?Ｓ?粧Ｉ?ｉｆ?１基?加?加??ｇ?Ｉ?ｍ?形丨５?ｉ工加２抽丨Ｊ?ｉ工固固１??术?｜?＾ｉ￣＾?ｉ?Ｓ?｜?况固固?ｉ?Ｉ?｜?况?Ｊ?｜?！??５?！?１?！?Ｌｊ?！?＇Ｖ?－ｒ．ｖ?—?！?ｉ?！??艽?ｉ?于修正的分层沉ｒ＾ｉ?Ｉ?ｉ?ｒ?Ｉ?ｉ，?１?、ｉ???Ｉ?ｌ法的路基沉降结果ｙｌ?ｊ?Ｉ?ｊ?Ｉ?ｉ?Ｉ丨模拟结果对比分析｜?｜???？?、?ｊ?？????／?－?

假设压缩稳定后计算模型的高度为好，计算模型孔隙比为则此时计算模型??的压缩量计算公式为：於／／－／／’，孔隙体积变为ｅ２Ｆｓ，而总体积Ｆ２＝Ｆｖ＋Ｆｓ＝（ｌ＋ｅ２；）Ｆｓ，??如图２－ｌｂ所示。于是由于压力增量Ｐ的作用引起的单位体积土体的体积变化计??算式为（２－１）：??Ｖｌ￣Ｖ２?＾＿?（ｌ＋ｅｉ）ＶＳ－（］＋ｅ２）ＶＳ?（２－１）??Ｋ?〇?＋?ｅ，ｙｓ?￣?ｌ＋ｅ，??Ｐ．?宜由?Ｐ２＝Ｐｉ＋ＡＰ??高度?，?体积?１?＇?ｒ?Ｉ?Ｉ?－?１１１１???—￣????????ｒ?ａｓ?ｆ?．?．ｖ?．，体积??孔隙?ｅｌＶｓ?孔隙?ｉｓ??ｉ＿?ＩＭｉ??（ａ）?（ｂ）??图２－１试样压缩前后的情况??在此计算模型条件下不考虑侧向作用，附加荷载压缩前后计算模型面积Ｊ保??持不变，得到单位体积计算模型土体体积变化大小式为（２－２）：??Ｖ「Ｖ２?ＨＡ－Ｈ，?Ｓ?（２．２）??Ｖ

??路基受力分布如图２－３所不。??｜?交通荷载??Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?；?Ｉ?Ｉ?Ｉ?｜?Ｉ?｜?；?Ｉ?Ｉ?：??加宽后??｜?＼?线??ｉ旧路基?基??！?新旧路基拼接线厂?｜??Ｉ??丨旧路基?丨新路基??＾ｉｔｋＳＥ?＿??图２－３修正后的路基受力分布??在考虑被动土压力的作用时，把土体单元的受力分布简化为如图２－３所示的??力学模型。在这个土体力学模型中新填路基土体单元不仅受到路面荷载的作用产??生竖向压缩变形还受到路基边坡被动土压力的横向力作用产生横向压缩变形，其??计算模型修正为图２－?４所示模型。??鎌??Ｗ?叫?ｐ?闻??⑷?（ｂ）??图２－４计算方法修正模型??图２－４ａ为土体单向受力变形模型，土体的竖向变形为５，图２－４?ｂ为土体双??向受力变形模型，竖向变形受横向压力的作用，竖向变形为Ｖ，这样两个计算模??型的竖向变形就产生差值ＡＳ，通过计算来修正最终的路基竖向变形。??关于路堤的横向变形理论马时冬［５３］根据加拿大学者ＴａＶｅｎａＳ［５４］的研究结论及??通过现场试验结果的修正得出了路堤横向位移ＡＬ？，和中心沉降的比值关系。??提出施工前期横向位移量相当小，施工后期即固结期其横向位移与中心沉降比值??［ＡｉＷｆｌ］：?（０．０７？０．３０）
【参考文献】

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1 刘辉;;CFG桩网复合地基桩-网应力计算方法对比分析[J];路基工程;2015年06期

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3 薛祥;宋连亮;贾亮;乐园;葛虹;;高速公路软土路基工后沉降预测的新方法[J];岩土工程学报;2011年S1期

4 刘金龙;张勇;陈陆望;王吉利;;路基拓宽工程的基本特性分析[J];岩土力学;2010年07期

5 王星运;陈善雄;余飞;周博;;曲线拟合法对路基小变形情形适用性研究[J];岩土力学;2009年09期

6 张继文;李殿龙;曾俊铖;童小东;涂永明;;CFG桩网复合地基桩土应力荷载比试验研究[J];铁道建筑;2009年07期

7 赵明华;龙照;邹新军;;路基沉降预测的Usher模型应用研究[J];岩土力学;2008年11期

8 符学兵;;弹性层状体系力学应用于路基计算的尝试[J];山东交通科技;2008年01期

9 马南飞;;高速公路软土路基沉降规律监测及FLAC模拟[J];西安科技大学学报;2007年02期

10 赵明华,刘煜,曹文贵;软土路基沉降变权重组合S型曲线预测方法研究[J];岩土力学;2005年09期

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本文编号：2893340