交通荷载作用下道路与软土复合地基共同作用性状研究

【摘要】： 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三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三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。