王金昌[1]2003年在《广义荷载作用下道路与软基共同作用研究》文中认为软土的天然强度很低，在其上修建半刚性路面结构体前，一般需对软土地基进行处理，以满足道路结构体的设计要求，保证道路的正常运营。由于半刚性材料的温缩性和干缩性，路表温度的骤然升降和持续低温，使得半刚性路面中广泛存在反射裂缝和表面裂缝。基于此，对运营中道路结构体的研究需根据具体的工程背景抽象出相应的计算模型以反映道路结构体的实际工作条件。 本文首先从理论研究、室内试验和数值分析叁个方面，对无损和含有裂缝的道路结构体的研究应用现状进行了回顾，阐述了道路与软土地基相互作用的数值分析方法，介绍了广义荷载场简化、软土地基及其上各层材料参数、结构参数的确定及计算模型尺寸的合理取值范围。 其次，采用公式法和有限单元法计算一维沥青混凝土杆低温下变温的温度应力，通过分析给出了采用有限单元法计算温度应力时的合适温度步长。接着研究了低温变化温度场对软土地基与无损、含有表面裂缝及含有反射裂缝道路结构体的相互作用，讨论了路表变温、基准温度、表面裂缝长度和反射裂缝长度对道路结构体工作性状的影响。 第叁，采用Drucker-Prager屈服准则模拟复合地基和软土地基，将车辆荷载简化为静荷载，分析沥青混凝土的温度、半刚性材料回弹模量、复合地基材料参数和厚度对路表的最大弯沉、残余变形、基层和底基层层底的径向应力的影响。 第四，基于弹塑性动力学理论，采用有限单元法分析了软土地基上半刚性路面结构体的工作性状。具体探讨了荷载周期、道路结构体的阻尼比、沥青混凝土的温度、半刚性基层的回弹模量、复合地基的材料参数和厚度对特征点的竖向位移、基层和底基层层底径向应力的影响。 第五，基于弹塑性动力学理论，采用有限单元法，在裂尖设置奇异单元以反映裂尖的奇异性，通过裂尖附近裂缝面上结点的位移插值得到了动应力强度因子。探讨了荷载周期、道路结构体的阻尼比、沥青混凝土的温度、半刚性基层的回弹模量、复合地基的材料参数和厚度对动应力强度因子、特征点的竖向位移变化规律的影响。 最后，基于损伤力学理论，通过等效应变假设原理和能量等价模型，得到低温下循环变温损伤因子的分布规律，以沈阳—大连高速公路的预锯缝为工浙江大学博士学位论文广义荷载作用下道路与软基共同作用研究王金昌2003年5月程背景，预测了4cm深的锯缝在一巧℃路表变温作用下的疲劳寿命。 本文分析路表变温对软土地基上半刚性路面结构体的作用时，考虑了路表降温导致沥青混凝土回弹模量的非均匀性，采用线弹性动断裂力学分析软土地基上含反射裂缝半刚性路面结构体的工作性状。通过引入弹性损伤理论，成功模拟了含预锯缝半刚性路面在变温作用下的扩展过程，并预测面层的疲劳寿命。本文的研究对软土地基上的半刚性路面的工程实践具有一定的参考价值和指导意义。
杜秦文[2]2005年在《土体剪切模量随深度连续变化非均质地基解析研究》文中提出土体剪切模量随深度变化的非均质性,对荷载作用下地基的变形有很大影响。以往的研究工作一般采用多层地基模型来研究这一问题。地基土体的形成是一个自然地质历史过程,土体剪切模量随深度一般连续变化,采用能反映土体这一特性的地基模型,将会使研究工作更加贴近工程实践。1967年Gibson采用解析方法研究了一种地基土体剪切模量随深度线性变化(G=nz)的地基模型,被称为“Gibson地基”;如果地基表面土体剪切模量不为零(G=G(0)+nz),则被称为“广义Gibson地基”(generalized)。由于数学上的困难,相对于多层地基模型,此类地基土体剪切模量随深度连续变化模型的研究工作开展的还很不充分。本文采用解析方法,主要研究了广义Gibson地基的静力学问题和Gibson地基的稳态动力学问题,同时还研究了一种新的非均质地基模型。 对工程中经常遇到的下卧层为岩层的地基,采用岩层上广义Gibson地基模型,通过边值问题求解,得到了问题的解析解;针对具有实际工程意义的叁种竖向荷载形式,详细讨论了地基土体的非均质性、岩层埋藏深度等因素对地基土体竖向位移的影响,结果显示广义Gibson地基与Gibson地基性质上存在重要差别。 针对地基土体竖向成层分布的特性,利用广义Gibson地基的通解,首次研究了双层广义Gibson地基轴对称静力学问题,详细分析了上下层土体软硬情况、地基土体非均质性以及下层土体埋藏深度等因素对地基土体竖向位移的影响。 研究了一种新的非均质地基模型,用以分析软土地基上硬壳层对地基土体附加应力的影响,这种地基模型中土体剪切模量随深度连续减小(G=ηG_0/(η+z))。推导了这种地基土体轴对称静力学问题的控制方程并获得了方程的通解,详细讨论了硬壳层厚度、硬壳层土体剪切模量和下卧土体泊松比等因素对地基土体竖向附加应力的影响,并提出了一种工程实践中对硬壳层与下卧软基分界面上竖向附加应力大小和分布规律的实用估计方法。 首次将这类土体剪切模量随深度连续变化的非均质地基模型引入路面力学计算理论中,研究了广义Gibson地基上粘弹性薄板理论,分析显示,地基土体的非均质性对板内弯矩的大小和分布都有很大影响,本文的研究工作增强了路面力学理论对非均质地基的适用性。 首次研究了Gibson地基在内源简谐荷载作用下的Lamb问题,获得了Gibson地基土体内部点源简谐荷载作用下地基土体表面竖向位移的解析解,分析了地基
贺建清[3]2005年在《石灰改良土路基填料的动力特性及应用研究》文中进行了进一步梳理受地理条件限制,在软土地区常用石灰来改良软土作路基填料。但石灰改良土在交通荷载作用下的力学特性的研究很不成熟,理论研究远远落后于实际工程应用。因此,研究石灰改良土的动力特性及其在交通荷载作用下的变形性状,具有十分重要的理论意义和实用价值。 本文在大量室内试验的基础上,对石灰改良土的力学特性,其中主要是动力特性进行了深入研究:并基于试验成果,利用动力弹塑性有限元分析了交通荷载作用下石灰改良土道路的变形性状,取得了如下主要成果和结论: 1.软土掺入石灰后,塑性指数明显降低,最大干密度随石灰掺入量的增大而减少,最优含水量随石灰掺入量的增大而增加,击实曲线峰值段比掺灰前具有相对较宽的最优含水量区间,在回填施工过程中达到设计压实度要求的含水量容易控制。工程实际中,掺灰比宜控制在5%～8%。 2.采用扫描电镜(SEM)照片及能谱分析(EDS)对石灰改良土的组成和结构进行微观分析,在石灰土中首次发现了连结成空间网状结构的钙矾石结晶体。从微观结构上对石灰改良土的加固机理进一步进行研究,发现改良的作用表现为增加了土体的粘聚力。 3.使用DDS-70型微机控制动叁轴仪,对石灰土进行了动强度和动弹模阻尼比试验,确定了石灰土的动强度和动力参数。试验结果进一步验证了力学性质差的填料因石灰的掺入强度有显着提高。发现频率愈高,随着破坏振次的增加,动强度衰减愈快。 4.动应变ε_d是影响土样动模量阻尼比的最主要因素,随着动应变水平的提高,动弹模量E_d成倍减小而阻尼比λ成倍增大。频率f愈高,动弹模量和阻尼比愈大。随着掺灰比的增大,石灰土的动弹模量和阻尼比相应增大。动弹模量随围压σ_(3c)增减而增减,阻尼比λ随σ_(3c)的升高而减小。最大动弹模量E_(d max)一与围压σ_(3c)呈指数递增关系:最大阻尼比λ_(max)在7%～40%之间,与围压σ_(3c)呈指数递减关系,并建立了相应的统计公式: λ_(max)=k_λP_a(σ_(3c)/P_a)~(-nλ) 5.将交通荷载简化为半波正弦荷载,基于平面应变假定,利用动力弹塑性有限元定性分析了交通荷载作用下的石灰土道路的变形性状。研究了掺灰比、交通荷载、地基力学性质对道路变形的影响。研究结果表明,用石灰改良软土能有效减小工后沉降。道路和地基的塑性变形在沿深度方向某一范围内衰减很快;在地基表面以下存在—“塑性变形有效影响深度”,该深度可作为交通荷载工后沉
李淼[4]2003年在《软基基础与土相互作用分析方法研究》文中研究指明软土地区常见的地下基础型式有桩基础和地下连续墙，近年来随着设计理论和施工工艺设备的发展，桩基础及地下连续墙基础的型式都有了很大的发展，如薄壁筒桩、集挡土、防渗及承重多功能于一体的地下连续墙等。这类复杂的软基基础结构与土体相互作用的受力机理相当复杂，目前相关的研究资料比较少。 目前，在研究结构与土相互作用的问题时，常采用数值分析方法，建立结构与土共同作用体系的数学模型，通过有限元法计算出整体结构的应力和位移。由于结构与土的材料特性，受力性能等方面的差异，为了满足有限元计算精度和效率的要求，合理的反映结构与土体之间的位移协调，需要在结构与土体之间设置恰当的接触面单元，正确的模拟土的本构关系，并尽可能地简化结构的数值模型。 本文在总结已有的结构与土相互作用问题中的接触面单元形式、土的本构关系以及结构的数值模拟方法的基础上，对满足摩尔库仑屈服条件的土体材料用常规的薄层单元模拟进行了更加深入的验证，在已有实心矩形截面桩与土相互作用描述模式的基础上推导了薄壁筒桩用梁模拟时与土相互作用分析模式，和考虑与土相互作用时用板单元模拟地下连续墙的分析方法。通过算例验证了本文提出的分析方法和导出的相应公式的正确性，同时指出用常规实体单元描述地下连续墙是不合适的，但若用文中介绍的西穆等提出的强化假定不连续应变元则可以得出与板单元相似的结果。这些为软基中的地下连续墙等复杂地下结构与土相互作用问题的有限元计算提供了一条简便的途径。 文中对上海勘测设计院进行的薄壁筒桩水平承载能力试验进行了相应的计算分析，所得结果规律与试验结果较为吻合，使得本文提出的分析方法得到了现场试验的验证。 文中最后将本文研究成果应用于上海浦南东海出海闸在典型荷载作用下的受力分析，得到了合理的结果。
梅英宝[5]2004年在《交通荷载作用下道路与软土复合地基共同作用性状研究》文中研究指明交通荷载作用下道路或机场跑道的沉降计算，是工程界普遍关心的问题，也是学术界长期以来的重点研究课题。受地理条件限制，很多高速公路和机场跑道建造在深厚软土地基上，而软土高压缩性、低强度等特点又难以满足工程对变形的严格要求，需要对软粘土进行处理构成复合地基，以减小地基沉降。车辆或飞机等交通荷载作用下，道路或机场跑道与地基是一共同作用、相互影响的有机整体，其共同作用变形特性，是一值得深入研究的课题。 本文首先介绍了软土地基和复合地基动力特性研究现状，从理论研究、试验模拟和数值分析叁方面总结了道路与地基共同作用研究现状，接着概述了适合岩土材料的弹塑性本构理论和动态弹塑性有限元理论，叙述了总应力法和有效应力法动力分析的区别及适用性，然后概括了路面材料、软粘土和复合地基的动力特性。 总结了交通荷载特性及其研究现状，介绍了典型的道路结构特点。概括了软土地基和软土复合地基动孔压模型的研究现状，分别建立了动孔压经验模型，并且基于前人的室内动叁轴试验结果确定了模型计算参数。 编制了动态弹塑性有限元分析程序，通过程序计算结果与解析解的对比分析，验证了本文程序的正确性，说明了采用有效应力法分析地基动力变形问题的必要性。程序在分析结构与土体动力相互作用时，可实现多种动力加载方式的模拟。 将交通荷载简化为半波正弦荷载，假定地基土体为硬化型土，运用本文编制的动态弹塑性有限元程序，分析了单次动力加载和循环动力加载条件下道路横截面与软土地基共同变形特性。分析了荷载因素(包括荷载类型、荷载幅值、荷载频率)和地基土体参数(包括回弹模量、内聚力、内摩擦角、泊松比、阻尼比)对变形的影响。采用本文建立的软土地基动孔压模型，对比分析了不排水有效应力法和总应力法计算结果，计算了残余孔隙水压力消散所产生的固结沉降，探讨了孔压对道路变形的影响。 运用本文编制的动态弹塑性有限元程序，计算分析了循环动力加载条件下道路横截面与复合地基及软土地基共同变形特性。采用本文建立的复合地基动孔压模型，详细分析了孔压、道路结构层参数、复合地基和软土地基各参数以及水平荷载对道路变形特性的影响。将交通荷载简化为移动的集中荷载，计算分析了单次移动加载和循环移动加载条件下道路纵截面与复合地基共同变形特交通荷载作用下道路与软土复合地基共同作用性状研究性，探讨了孔压、行车速度及道路结构层和地基参数对道路变形的影响。 最后，对某道路与软土地基横截面、某机场跑道与复合地基纵截面两工程实例进行了计算分析，结果表明，有限元计算沉降与工程实测沉降基本吻合。 本文建立了软土地基和复合地基的动孔压经验模型，编制了不排水有效应力动力反应分析有限元程序，不仅考虑了地基土体的弹塑性，而且考虑了道路结构与地基的相互作用，比较全面地分析了交通荷载作用下道路与地基的整体变形特性，对道路工程或机场道面工程的建设具有一定的指导意义。
蔡振山[6]2012年在《公路拓宽工程软基处理差异沉降和可靠度研究》文中进行了进一步梳理公路拓宽是高速公路解决其迅猛增长的交通量的常见方法之一。而公路拓宽过程中所面临的问题较新建公路更为复杂，如新路的沉降变形问题、新路荷载对老路的影响问题、新旧路基（特别是软土地基）的差异沉降问题、路面变形问题等，这些都是公路工程中亟待解决的问题。本文就公路拓宽工程中出现的新老路路基不均匀沉降问题进行分析研究，主要研究内容如下：1.从设计、施工和使用等方面对拓宽道路工后差异沉降控制进行研究，得出公路拓宽工程软基路段的差异沉降控制标准。考虑使用者的舒适性问题，差异沉降应控制在0.04m以内；考虑保证拓宽后路基的正常使用，差异沉降应控制在0.07m以内。2.以工程实例为依托对道路拓宽过程中不同阶段的荷载作用进行数值模拟，并通过已有观测数据加以验证。3.根据公路拓宽工程中不同类别软基处理方式的不同特性进行数值模拟，以总沉降和差异沉降控制标准作为评判标准，得出公路拓宽工程中不同角度下各类处理方式的处理效果。从减轻填土荷载角度，EPS填筑材料较其他轻型填筑材料更为有效；从提高拓宽工程中路基的整体性和强度的角度，削坡坡度大小对拓宽后总沉降和有效应力的影响较小，但对新旧路基结合部的差异沉降影响较大，工程中需采用开挖台阶和采用土工合成材料等处理方式增加新旧路基之间的接触面积；从提高地基的承载力的角度看，提高软弱地基土的固结度和复合地基法均能有效解决公路拓宽工程中的路基沉降和新旧路基差异沉降问题。4.根据公路拓宽工程的特点进行数值模拟，分析新拓宽路基下地基软土层加固后在公路拓宽工程可靠度，认为新拓宽路基下地基软土层在加固后基本能满足工程使用要求。
牛昴懿[7]2014年在《泡沫轻质土用于软基上高速公路扩建工程的受力与变形特性分析》文中认为针对东南沿海地区软土地基上的高速公路拓宽工程,通过分析其病害机理及不协调变形的控制手段,结合目前广泛推广采用的轻质填料,提出应转变处理角度:从提高拓宽路基下软基的承载力或固结度转变为降低其上覆附加荷载,以期通过控制拓宽路基填料的性质来减小对软基的处理强度并合理优化挡墙结构。本文以唐津高速扩建工程为研究载体,结合现场对泡沫轻质土拓宽路基的土压力实际监测与有限元数值模拟分析,从以下几方面进行了重点研究:首先,对泡沫轻质土的主要物理力学指标特性及其工程应用机理进行总结分析,并结合有效应力原理及硬壳层效应对软基固结沉降的控制措施进行原理性探究,且重点研究了泡沫轻质土用于软基上路基拓宽的力学机理,明确指出土工合成材料用于板体性轻质土拓宽衔接时应着重考虑的因素。其次,从岩土材料产生塑性变形的内在机制出发研究其区别于金属材料的弹塑性理论,并根据泡沫轻质土的力学特性指出其对DP理想弹塑性模型的适用性。结合路基拓宽的施工阶段影响及轻质土本身的施工特点,利用旧路基及地基自重荷载产生的初应力场施加及旧路边坡开挖、轻质土分层浇筑的单元生死技术,对轻质土拓宽路基在施工过程中及不同拓宽断面尺寸下的应力响应进行非线性结构分析,提出了轻质土板体在浇筑层间及基底处类似于刚性基础的传力机制,并结合硬壳层效应及轻质土荷载分布特点对拓宽路基不同位置处的位移发展趋势进行探索,以明确轻质土拓宽路基的受力薄弱区及位移发展集中区。最后,通过强度折减原理,对轻质土拓宽路基的整体稳定性进行分析,从轻质土的材料参数、软基的抗剪强度、硬壳层叁个因素探究其对拓宽后路基整体的塑性区贯通、侧向位移发展的影响,并重点对比研究了高窄型与低宽型拓宽路基的塑性区形成特点及失稳破坏机理,从而指导拓宽时轻质土材料设计参数的调整、土工材料衔接处理的重要位置确定及软基的针对性加固。
陈春华[8]2006年在《高速公路软土地基处理方案的优化设计研究》文中提出高速公路软基处理的研究还停留在局部的、分散的处理方案及效果评价方面,系统地研究优化设计方面还是一块空白。本文在高速公路软基处理优化设计评判程序和评判原则方面进行了一些大胆的尝试和创新,以技术经济评价原理为主线,以工程地质因素(硬壳层、软土土质、软土层厚度、排水砂层和基底倾斜)、道路性质(荷载条件与路段类别)和施工条件(工期要求与施工约束)为优化变量及约束条件,路堤稳定和工后沉降为技术控制标准,初步选择软基处理方案;在此基础上,对满足某一工况的软基处理方案进行总造价核算,同时引入施工工期、施工质量控制、技术可靠度、环境影响等因素,对符合某一工况条件下的各种软基处理方案采用模糊评价法进行综合评价,最终在备选方案中选出一种最优方案。 针对当前高速公路软基处理的一些核心问题,还进行了深入的探讨,并提供了与之相关的优化解析。文章最后提出的袋装砂井—X型薄壁管桩组合复合地基,由于其还未在实际工程中加以实践过,设计理论仍未完善,需要根据实际工程情况来修正设计参数,故作为一种理论模型提出,具体设计理论和施工技术还需要我们作进一步探索,但可供设计、施工单位和有关部门参考。 本文通过对高速公路软土地基优化处理的研究,主要得出: (1)X型薄壁管桩; (2)袋装砂井—X型薄壁管桩组合复合地基; (3)引入优化设计程序和模糊评价法,确保软基处理方案的最优化; (4)基于量化的评判结果,寻求优化方案,积极探索符合我国国情的高速公路软基处理设计的基本思路和原则。
江怀军[9]2011年在《高速公路软基路堤变形预测及非线性有限元数值分析》文中提出近年来,我国基础设施建设快速发展,在软土地基上兴建的高速公路日益增多。软基路堤沉降具有变形大、沉降不均、历时长等特点,极大影响了道路稳定性、行车舒适性和安全性。在综合分析国内外有关塑料排水板加固软土地基资料的基础上,文章以固结度相同为原则推导出叁维塑料板地基平面应变等效转化方法。采用ABAQUS有限元软件建立模型,计算整个施工过程各时刻土体的沉降、水平位移、孔隙水压力等数据,通过数据处理分析软土地基在多级加载下的复杂力学行为和宏观变形特征。通过对应用塑料排水板处理软土地基数值模拟和现场测试结果比较,研究塑料排水板预压法处理软土地基的适用性和确定施工参数的可能性,为塑料排水板处理软土地基设计和加固效果评价提供理论的依据。本文通过对现有预测方法的研究,分析各种理论的适用性,并选择几种预测方法,结合实测数据来分析沉降和时间的关系及预测最终沉降量,应用人工神经网络建模原理,建立BP神经网络预测路堤沉降模型,通过对实测数据序列作等距处理,借助MATLAB(R2009b)对BP网络进行训练、仿真,进而达到实现预测沉降的目的。并将其预测结果与双曲线及叁点法比较。分析各方法预测结果的精度。预期可为今后的工程提供一定的借鉴。最后着重分析软土地基的路基稳定性,比较强度折减法和极限平衡法的计算结果,以检验有限元算法的可靠性；将稳定性计算中所需参数进行敏感性分析,将其参数调整在一定的范围考察其对路堤稳定性的影响；最后考虑交通荷载对路堤变形的影响。
杨东[10]2013年在《现浇薄壁筒桩工作性状与应用研究》文中研究指明大直径现浇混凝土薄壁筒桩(CTP)作为一种新桩型,目前已在我国的公路软基处理、海堤及码头工程、深基坑围护、建筑物基础处理等工程中得到广泛的应用。然而,该种桩型的理论研究远落后于工程应用,随着应用范围的日益扩大,对其理论分析、试验研究以及计算方法的研究、探讨和分析变得日益迫切。目前国内对CTP桩在竖向荷载作用下的性状进行了大量的分析,然而对其在水平荷载作用下的性状研究却较少,这严重制约着CTP桩的推广与应用。针对这些问题,本文在前人研究的基础上,首先介绍了高速公路CTP桩加固路堤的试验研究情况,然后推导了CTP桩土水平抗力的解析解,编程分析了CTP桩抗水平力性状,对CTP桩海堤和基坑围护进行了研究,所做的工作如下：1)根据广东珠江叁角洲环形高速公路西环段的现场试验和观测数据,分析了CTP桩桩承式加筋路堤的荷载-沉降、抗滑移等工程性状以及拉膜效应和土拱效应的作用。2)根据考虑变形效应的主被动土压力与桩-土间摩擦力理论,并参考前人对圆筒结构土抗力分布的研究成果,推导出CTP桩在某深度处的水平抗力H(z,y)的解析解并与目前常用的几种方法进行了比较,进而分析了不同桩土参数下的大直径CTP桩的H-y曲线。3)根据CTP桩水平抗力解析计算结果,从刚性桩和柔性桩两种情况,分别把桩视为刚性体和弹性地基梁,应用有限差分法,编制计算程序,求解CTP桩的变形和内力,并与现场试验数据和其他方法进行比较,检验此方法的适用性,进而分析桩、土各参数对CTP桩水平受力性状的影响。研究显示,该方法可以考虑土抗力的非线性和有限性(即不随位移的增加而无限增大),比目前常用的m法更接近实际,比p-y曲线法更容易取得参数。4)介绍了CTP桩海堤和基坑支护体系特点和计算方法。在前文单桩抗水平力分析方法基础上,计算分析了CTP桩海堤和基坑支护体系的内力和位移,并分析了各因素对其的影响。
参考文献：
[1]. 广义荷载作用下道路与软基共同作用研究[D]. 王金昌. 浙江大学. 2003
[2]. 土体剪切模量随深度连续变化非均质地基解析研究[D]. 杜秦文. 浙江大学. 2005
[3]. 石灰改良土路基填料的动力特性及应用研究[D]. 贺建清. 中南大学. 2005
[4]. 软基基础与土相互作用分析方法研究[D]. 李淼. 河海大学. 2003
[5]. 交通荷载作用下道路与软土复合地基共同作用性状研究[D]. 梅英宝. 浙江大学. 2004
[6]. 公路拓宽工程软基处理差异沉降和可靠度研究[D]. 蔡振山. 华侨大学. 2012
[7]. 泡沫轻质土用于软基上高速公路扩建工程的受力与变形特性分析[D]. 牛昴懿. 河北工业大学. 2014
[8]. 高速公路软土地基处理方案的优化设计研究[D]. 陈春华. 昆明理工大学. 2006
[9]. 高速公路软基路堤变形预测及非线性有限元数值分析[D]. 江怀军. 东北林业大学. 2011
[10]. 现浇薄壁筒桩工作性状与应用研究[D]. 杨东. 浙江大学. 2013
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