高填路堤預(yù)應(yīng)變加筋及動力強(qiáng)夯技術(shù)研究.pdf

1、在我國公路建設(shè)中普遍存在路基不均勻沉降現(xiàn)象,從而導(dǎo)致路基的破壞。如不能及時地采取經(jīng)濟(jì)、有效的措施加以解決,將造成公路建設(shè)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,如路面養(yǎng)護(hù)費(fèi)用增加、使用年限縮短等。
　　 本文通過調(diào)研、室內(nèi)土工試驗、現(xiàn)場試驗、離心模型試驗、理論研究及數(shù)值分析的有機(jī)結(jié)合,并將混凝土結(jié)構(gòu)工程中的預(yù)應(yīng)力技術(shù)及彈性體高速碰撞中大變形的動力效應(yīng)等相關(guān)原理引入路基工程中,跨學(xué)科進(jìn)行理論上的探討,更好地解決路基中不均勻沉降問題。即在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上,

2、對高填路堤穩(wěn)定性和非均勻沉降等一系列問題進(jìn)行研究分析,以室內(nèi)試驗、現(xiàn)場觀測和理論分析為依托,將預(yù)應(yīng)變加筋和動力強(qiáng)夯這兩種典型的處治技術(shù)結(jié)合起來,圍繞路基穩(wěn)定性及非均勻沉降,科學(xué)、系統(tǒng)地提出其有效的控制措施。
　　 土工合成材料因其輕便、耐久、實(shí)用的特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于巖土工程中。使用土工合成材料加固路基,可縮短工期、降低造價、提高路基穩(wěn)定性并有效延長其服務(wù)年限。但置于土中的土工合成材料長期力學(xué)性質(zhì)的變化是否影響加筋土體長期穩(wěn)定性,卻

3、是人們非常關(guān)心的一個問題。筆者通過對目前廣泛應(yīng)用于加筋土工程的土工網(wǎng)、土工格柵,進(jìn)行了長達(dá)3年的不同應(yīng)力水平作用下室內(nèi)蠕變破壞試驗。研究土工網(wǎng)和土工格柵蠕變特性及影響因素,同時探討其蠕變斷裂發(fā)生、發(fā)展直至破壞的機(jī)理,且揭示了外部荷載等級和溫度變化對筋材蠕變特性的影響是有特定條件的,最后構(gòu)建了土工合成材料蠕變計算模型的一般經(jīng)驗公式ε(t)=ε(t)=(σc/E)+(σct/η)。通過大量的實(shí)驗結(jié)果分析,得出土工網(wǎng)、土工格柵的長期強(qiáng)度為抗拉

4、強(qiáng)度的30％～40%。并指出在施工期及通車后各種荷載對加筋土中筋材所引起的總變形,不僅與初始應(yīng)變有關(guān),還與路堤填土高度引起的土體初始沉降及其各壓縮層的正常沉降有關(guān),同時還要考慮筋材在長期荷載作用下產(chǎn)生的蠕變,即加筋土中筋材所引起的總變形εi=△εi’+△εci+△εri,而且在實(shí)際工程中得到了驗證和推廣。
　　 為全面推廣預(yù)應(yīng)變加筋法新技術(shù),本文提出了預(yù)應(yīng)變加筋法設(shè)計新思路及施工新工藝,發(fā)展了預(yù)應(yīng)變加筋法的理論依據(jù),提出了新的施

5、工要求。首次將混凝土結(jié)構(gòu)工程施工中的“反拱度”引入預(yù)應(yīng)變加筋路基施工中,并就反拱度大小提出了新的理論計算公式,即反拱度δi=K0αLi(εti)0.5/2。
　　 通過數(shù)值分析進(jìn)一步證實(shí),土體變形模量和筋材拉伸模量之間的不同匹配,直接影響著加筋土的穩(wěn)定效果。即土體變形模量不同,則選擇的筋材必須具有相應(yīng)的拉伸模量,才能充分發(fā)揮加筋效果。
　　 加筋土單元內(nèi)土工合成材料的微觀應(yīng)力與筋材的抗拉強(qiáng)度、周圍土體的特性及作用時間等因

6、素有關(guān);當(dāng)加筋土單元宏觀應(yīng)力不變時,筋材產(chǎn)生應(yīng)力松弛,使其單元的微觀應(yīng)力逐漸減小,土體單元微觀應(yīng)力逐漸增大,直到加筋土從粘彈性向粘彈塑性轉(zhuǎn)變,單元的微觀應(yīng)力才會趨于穩(wěn)定?；诓煌难芯考僭O(shè),本文進(jìn)一步分析了加筋土體之間的相互作用,并從分析宏觀加筋土體單元中土和筋材的微觀應(yīng)力角度出發(fā),建立了基于循環(huán)荷載作用下加筋土粘彈塑本構(gòu)模型,旨在為加筋土技術(shù)提供科學(xué)的理論依據(jù)。
　　 土工離心模型試驗(Geotechnical centrif

7、uge modeling)作為一種可再現(xiàn)原型特性的試驗方法,正愈來愈受到巖土工程界的關(guān)注。本文按n=30的模型比尺進(jìn)行加筋土離心模型試驗,再一次揭示了土工合成材料能有效的限制土體的側(cè)位移,阻止微裂隙的產(chǎn)生,從而提高了路基的穩(wěn)定性。
　　 強(qiáng)夯法處治路基,其加固速度快、加固深度大,從而被廣泛用于高速公路的路基加固,但強(qiáng)夯法加固機(jī)理和設(shè)計理論仍待進(jìn)一步研究。本文結(jié)合工程實(shí)踐,對強(qiáng)夯法處治紅砂巖碎石土路基進(jìn)行了系統(tǒng)研究。根據(jù)夯錘與土體

8、的彈塑性碰撞特點(diǎn),基于動力基礎(chǔ)半空間理論,獲得了強(qiáng)夯沖擊應(yīng)力和土體變形的模型,并進(jìn)一步研究了影響強(qiáng)夯沖擊應(yīng)力和土體變NNN素及其規(guī)律。本文基于現(xiàn)場試驗,借助沉降觀測確定了強(qiáng)夯設(shè)計參數(shù)。此外,將彈性體高速碰撞中的Ansys/Ls-dyna有限元分析加以改進(jìn),引入彈塑性土體的強(qiáng)夯大變形的研究中,從而建立了強(qiáng)夯大變形的三維模型,對強(qiáng)夯的動力響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值模擬:揭示了強(qiáng)夯作用下土體的應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律,建立了強(qiáng)夯后土體的應(yīng)力場和位移場,并對比分析了理