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膨胀土路堤沉降变形的监测分析与数值模拟

贺迎喜  
【摘要】: 膨胀土的CBR强度低,天然含水率常较高,通常不宜直接用来填筑路基,膨胀土地区筑路往往将开挖的膨胀土作废方处理,造成沿线自然生态环境的极大破坏和工程投资大为增加。为此,结合西部膨胀土项目的开展,长沙理工大学在广西南友路成功修筑膨胀土填芯路堤并提出物理处治技术。为验证其合理与有效性,本文以该路堤为研究对象,采取现场监测、室内外试验和数值模拟相结合的方法,开展膨胀土路堤沉降变形及稳定性分析。 首先介绍了“非膨胀性粘土包边”物理处治膨胀土路堤的基本概况,对试验路段进行的监测方案设计以及路堤内各层位的沉降、侧向位移及含水率变化的跟踪观测结果,通过分析整理监测数据,获得了该路堤的实际沉降量。 采取室内常规试验、三轴试验及室外试验相结合,获得膨胀土强度参数c ,φ值随含水率变化规律,经回归得到弹性模量与泊松比随上覆压力和含水率变化的函数表达式,为采用不同本构模型进行分析,开展数值模拟,提供了符合实际的参数。 运用FLAC有限差分法软件,采用Mohr-Coulomb和Duncan-Chang两类本构模型,通过逐级加荷和一次性加荷两种加载方式,对物理处治路堤自身的沉降变形进行数值计算,并将计算结果与现场监测结果作对比分析,确定与实测相符合的数值模型和计算方法作为膨胀土填芯路堤沉降分析的合适计算模式和方法。同时采用强度折减法分析了路堤边坡的稳定性。 通过对膨胀土路堤合理填芯高度的影响因素分析,并借鉴已有研究提出的路堤允许沉降控制方法,采用研究确定的计算模型和方法进行试算,获得路堤最大沉降量与填芯高度的关系,可为膨胀土地区筑路既满足路堤的强度和稳定性又尽可能多利用膨胀土填筑路堤提供参考。


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