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《河海大学》 2004年
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软基路堤沉降预测和计算

王志亮  
【摘要】: 高速公路沉降如果没有得到严格的计算与控制,建成后不久就会发生出现路面开裂、桥头错台等现象,这不但威胁到交通运输的安全,而且也造成了人力、物力上的浪费。本文围绕软基路堤沉降预测和计算这一核心问题展开了以下的研究工作: (1) 路堤沉降的预测模型、预测方法研究。通过误差分析与比较,把增长曲线模型引入到多级荷载下的路堤沉降预测中。其次,考虑到软土流变效应的存在,提出了一种能计入软土次压缩的经验公式模型; (2) 路堤沉降计算有限元法实用化研究。对于一般道路工程中不做三轴试验但须进行沉降有限元计算的情况,给出了依据土体常规试验的切线弹性模量确定方法和相关修正系数,同时也提出了对砂性土和粘性土均适用的切线泊松比的近似替代式子; (3) 基于改进的BP网络对邓肯张模型主要参数修正研究。采用非线性有限元程序,对邓肯-张模型中8个参数与路堤沉降的关系进行了详细分析,找到了影响沉降的主要参数;接着,针对传统的三层BP网络具有收敛速度慢、易陷入局部极小点等不足,对其进行了修正,提出了改进的BP神经网络模型;最后,根据上述灵敏度分析结果,基于改进的BP网络模型较强的非线性映射能力和前期沉降实测资料,对路基中各天然土层的非线性模型主要参数进行了反分析修正; (4) 路堤沉降计算一维法中考虑应力历史、侧向变形的研究。针对以a_v、e~p法等,提出了可考虑土体应力历史影响的修正系数M_1式子;接着,针对e-lgp法或进行了应力历史影响修正后的a_v、e~p等,通过大量非线性有限元计算,分别给出均质路基和非均质路基的考虑土体侧向变形影响的沉降修正系数M_2式子。综合这两个方面,单向分层综合法的计算结果趋于更准确,其不但能考虑应力历史外,而且能计入土体侧向变形甚至土体非线性特性; (5) 路堤沉降计算无单元法应用研究。本文探讨了不等阶(多项式基)径向点插值无单元法形函数插值格式,给出了其求解平面应变下比奥固结问题的主要方程,编写了相应的计算程序,并对软基路堤的沉降进行了非线性计算,取得较满意的结果。
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