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交通荷载作用下黄河三角洲软弱土地基沉降规律研究

董琳琳  
【摘要】: 由于高路堤带来的用地矛盾及沉降问题,国内部分城市和地区已在高等级公路中采取了低路堤设计方案。但是对于低路堤,面临的最大问题就是交通荷载引起的累积沉降。黄河三角洲地区广泛分布着以低液限粉土、含砂的亚粘土、粉砂土为主的沉积土,工程性质差,有些地区甚至是欠固结土,沉降问题尤为显著,但是目前很少有学者研究。随着黄河三角洲高效生态经济开发区战略的实施,对此地区道路软土地基在交通荷载下的沉降和稳定性的研究具有非常重要的理论意义和工程应用价值。 本课题利用室内和现场试验、数值和理论分析开展综合研究。通过自行设计的交通荷载模拟系统,研究累积沉降、累积孔压及残余应力等随汽车作用次数的变化规律,以及乍载等对它们的影响。通过调整锤的落距可以模拟不同大小的车载。现场试验中分别研究了不同锤落距情况下累积沉降、超孔隙水压力等随加载次数的变化规律,发现车载对软弱土地基的累积沉降影响很大。同时对石灰土和预压处治两种地基进行了试验,发现石灰土和预压处治都能有效地减小地基累积沉降。 采用Chai-Miura模型对新河(青潍界)至辛庄子高速公路寿光段软弱土地基在交通荷载作用下的长期累积沉降进行了计算与分析。计算中用动态有限差分法计算了车载引起的地基土体内的动应力。计算结果表明,累积沉降在通车短时间内增长很快,但随着时间的增长,其增长速度越来越缓。另外计算表明:对低路堤,累积沉降是主要的。当路堤高度小于1.5m时,地基累积沉降随路基高度线性减小,但当路堤高度大于1.5m时,累积沉降随路基高度变化很小。所以从累积沉降角度考虑,我们可以用1.5m作为低路堤的上限。超载会引起软弱土地基严重的累积沉降,说明限制超载车辆是减小累积沉降、延长道路使用寿命的关键。同时也说明,当车载小于40kN时,交通荷载引起的累积沉降可以忽略,而不会引起很大的误差,这样做在工程上是允许的。计算还发现,在通车1个多月内就会发生10年累积沉降的40%多,通车1年内发生10年累积沉降的2/3,这说明前期沉降在总累积沉降中所占的比例很大。通过对不同路堤高度和车载对应的累积沉降进行分析发现,累积沉降可以用关于路堤高度、车载、通车时间及日通车次数的函数精确拟合。最后,基于沉降等效原则和车载谱,提出了软弱土地基累积沉降的预测方法。


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