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《西安理工大学》 2005年
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公路路基沉降过程试验与理论分析

刘保健  
【摘要】:公路路基是土体构筑物,含天然土地基和人工填土路堤两大部分。引起地基沉降的荷重来自填方土堤的重量,引起路堤沉降的荷载来自本身的自重,天然地基土可能是饱和土也可能是非饱和土,而路堤填土一般是非饱和土。不论是饱和土还是非饱和土,在一定荷载水平下的沉降都是一个随时间而发展的过程,公路路堤的施工是分层随机碾压的,因而引起路基沉降的荷重也是一个随时间而发展的过程。路基的沉降分施工期沉降、工后沉降和最终沉降,施工期沉降量与工后沉降量之和等于最终沉降量,施工期沉降量和工后沉降量是可以通过改变预压固结期人工调控的,合理的调控可达到减少工后公路腐害和早运营取得经济效益的作用。因此,路基沉降过程的计算就是解决问题的关键,而目前较为成熟的水平是可计算土体的最终沉降量,对施工期沉降量目前还没有可供实用的计算方法。 可以说土体变形量与变形过程的分析与计算一直是土力学中一个非常经典的课题,已经进行了大量的研究,也积累了丰富的经验。但由于路基工程的荷载随机分层施加且经历的过程较长,路堤及地基土体在荷载变化的同时发生了密度及与之有关的压缩模 摘要 量、渗透系数的不断变化、路线跨越的土类复杂多变、单位工程面积上可用于测试和计 算沉降的费用相对较少、以及缺乏足够的实际计算分析经验、目前高等级公路对路面平 整度的高标准要求等等,使得该问题的解决在公路行业显得尤为重要。 本文充分重视现场及室内测试试验,力图发现真实的变形发展规律,在与路基工作 条件相近,且理论分析较易的一维压缩与固结条件下,重点对西部地区广泛分布的且具 有浸水湿陷特性的黄土地基,较常遇到的对沉降反应强烈的软土地基,较长采用的黄土 压实路堤,进行了较深入的研究。在黄土湿陷变形研究中突出增湿时间过程和增湿湿陷 量算法,在饱和软土的固结研究中突出荷载与土性参数随时间的变化,在土堤沉降研究 中突出非饱和土的流变特性和简单实用的算法。 论文结合实际工程,对饱和软土地基和黄土填方路堤的沉降过程进行了大量的实 测,揭示了大量有关公路路堤沉降变形的规律,对其土样进行了室内试验,结合理论分 析,提出了具有创新性的饱和软基在荷载与土性参数变化时沉降过程计算方法、碾压黄 土路堤沉降过程计算方法、黄土地基增湿过程和增湿湿陷计算方法。所有这些计算方法 都与实体工程的原刑观测资料进行了对比,证明其具有一定的可靠性和非常重要的实用 性。本文还同时开发了K。一K:。渗透固结设备和测试技术,使土力学中渗透系数、压缩系 数、固结系数等重要参数的测试精度得到了空前的提高。 由此,本文的特点与成果可以概括为:以公路路基为对象,以黄土、软基为条件, 以大量实验为基础,以工程实用为目标,以理论分析为手段,寻找得到了儿种计算路基 变形及其发展过程的可行方法,为公路建设提供了重要的科学依据,对类似条件下的计 算也具有重要的参考价值,为土力学的基础研究开阔了新的思路。 关键词:沉降过程,流变特性,增湿变形,入渗过程 —11—
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