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振动压实与黄土高路堤沉降变形

景宏君  
【摘要】:路基的沉降变形与路基中的应力、应变、强度和稳定性等有关。对于公路、铁路等路基而言,还与填土速度、压实方法以及压实机具的使用等有关。在路基压实机具的使用方面,国内外较常采用振动压路机进行压实。目前国内外对路基土体的沉降变形从固结理论方面做了大量的推导,但仍还没有对振动压实过程中和振动压实作用后的土体沉降变形规律做进一步的理论研究。从工程实践来看,振动压实机具的选取及使用,无不与路基土体的沉降变形有密切联系。在压实过程中,振动压实机具的频率、行走速度,振动压实时间等都影响着路基土体的固结变形。因此,正确掌握振动压实机具与路基沉降变形的关系,有利于提高功效、减小功耗,达到进一步减小路基沉降变形的目的。 本文首先从振动压路机的性能出发,基于现今关于振动压路机设计理论,假设被压土体为弹性体和弹塑性体,利用工程波动理论,求出在振动荷载作用下的土体刚度系数和阻尼系数,并推导出相对应的弹性波和弹塑性波的传播方程、应力(位移)响应方程。 其次,将路基填土视为非饱和土,基于非饱和土相关理论,推导出振动荷载作用后的非饱和土三维固结方程,并编制了便于应用研究的非饱和土三维沉降变形程序。 第三,通过非饱和土固结数值计算表明,对于非饱和黄土,在瞬时加载后,其表层沉降变形可分为瞬时沉降(起始沉降)和由于土体中的孔隙压力(主要为孔隙气压力)消散引起的土体固结沉降两部分,但前者为主要变形。 第四,以高69m的黄土高路堤为研究载体,利用离心模型试验和非饱和土三维数值解析解,得出:①黄土高路堤经振动压实后,在自重荷载作用下路基沉降变形呈现“凹盆”形,即在路中轴沉降最大,路肩两侧较小,在路堤高1/3~2/3处呈向外“挤出”趋势;②应力的变化与位移变化趋势等同,即应力变化为向下、向内增加,最大剪应力出现在边坡坡脚处、地基某一深度及与坡脚连接的地基中。 第五,从振动压路机与土体固结变形关系的角度出发,得出:①从性能方面而言,同质量的振动压路机比静作用压路机的压实效果好、生产率高、压实作用区范围大、碾压均匀、稳定性好、沉降变形小、应用广泛的特点;②振动速度、 振动压实遍数与土体压实度有密切关系;③在土体振动压实过程中,适当加大振 动压路机吨位有利于土体的振动压实;④适当增加频率或振幅可以提高振动深度, 增大压实效果,一般振动频率为30一45Hz范围。 最后,基于离心模型试验结果和非饱和土三维数值解析解,得出振动压实与 黄土高路堤沉降变形的关系规律,同时从振动压实的角度出发,对高路堤应力、 位移变化剧烈处提出应做特殊处理的建议和措施,如提高土体密实度、加固路堤 边坡等。


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