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《西北大学》 2004年
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黄土地区高填方加筋土路堤变形与稳定性研究

谢婉丽  
【摘要】:高等级公路跨越黄土地区冲沟时,高填路堤成为一种常见的结构形式。高填路堤的特点是填方量大,占地面积广,而且高填路堤施工完成后,常出现路堤的整体沉陷、局部沉陷或边坡失稳。本文研究的高填方加筋土路堤技术为解决上述问题提供了可能。根据现场调查、测绘、勘探、试验和监测结果,采用室内三轴试验、模型试验、现场试验、静力和动力有限元数值模拟和稳定性分析,系统深入地研究了黄土地区“V”形沟谷地形中土工格栅的加筋机理及高填方加筋土路堤的变形和稳定性。 本文首先在详细研究北张沟高填方加筋土路堤工作区的工程地质条件的基础上,分析了修筑高填方加筋路堤的可行性。 通过对现场填料土和加筋土试样分别进行三轴剪切试验,得到现场填料土的非线性模型参数,探讨了不同加筋方式对加筋土应力、应变和抗剪强度特性的影响。根据野外实际地形地貌条件,利用相似性原理,制作室内模拟模型;在填土中埋设传感器、在土工格栅上粘贴塑性应变计,观测加筋路堤在施工过程中的应力分布和变形情况。 首次使用塑性应变计粘贴在现场土工格栅上,成功地监测到高填方加筋土路堤在施工过程中的侧向应力变化规律,侧向应变(με)和填土厚度(h)可以用对数曲线表示:με=aln(h)+b。同时对北张沟高填方加筋土路堤的不同部位埋设了沉降标、正向和侧向压力盒进行现场观测。根据压力盒测试结果表明,测量值往往比实际的理论计算值小,填土的竖向和侧向土压力与填土厚度可以用幂次型曲线表示:σ=ah~b愈向沟谷中心部位,土压力值愈小,愈向沟谷边缘,土压力数值越大,说明沟谷边坡具有明显的卸荷作用;根据施工期和工后期的沉降变形监测数据,对路堤内各测点的竖向沉降随时间的变化规律进行了数理统计系统分析和总结,工后期路面沉降和时间关系可用对数曲线表示:S=aln(t)+b,并根据此沉降规律对高填方加筋土路堤的工后沉降进行了预测。 在以上室内外试验的基础上,通过数值模拟分析,研究了加筋和未加筋高路堤在自重、地震作用下的应力和变形情况;冲沟地形中修筑涵洞时填土厚度、沟谷坡度、沟底宽度、涵洞上填方加筋与否对涵洞上土压力的影响;并在对高填方路堤中涵洞土压力及其土体变形的影响因素和规律进行分析研究基础上,提出合理减小涵洞土压力的有效措施。 首次利用模糊信息优化处理的基本理论(信息扩散、模糊近似推论、信息集中),建立加筋高路堤稳定性的分类及评价指标的信息矩阵,并对北张沟加筋高填方路堤进行稳定性评价。 最后,针对高填方加筋土路堤的病害提出防治措施,并对高填方加筋土路堤和桥跨进行技术和经济对比。 鉴于祁(县)~临(汾)高速公路北张沟高填方路堤高达62m,在国内尚属首次建设。项目研究开展的工作和取得的成果具有非常重要的理论价值和现实工程意义。
【学位授予单位】:西北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:U416.1

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