改扩建软土路基的变形分析与控制对策

针对典型公路的改扩建工程,通过现场原位试验对比研究了新老路基地基土体的差异性,老路基土体力学性质整体好于新路基,但这种差异主要表现在浅部一定深度范围内,且随老路堤高度增加而增大,超过这一深度范围后,新老路基土体力学性质差异不大。借助数值预测方法,分析了拓宽路基在运营期的沉降变形和可能引起的路面病害。结果表明:未经处理的软土地基会引起路基较大的工后变形,同时带动老路基产生固结沉降,影响新修路基的稳定性;而新老路基土刚度差异较大时,易导致新老路基产生过大的差异沉降。防治工程病害的关键在于提高路基的整体强度和稳定性以及新老路基的变形协调控制。     

山区拓宽公路挡土墙路基的受力与变形特征分析

采用数值计算方法,分析了山区拓宽改造公路挡土墙路基的受力与变形特征。有限元分析结果表明,山区公路填方拓宽工程中,路基顶面沉降曲线呈“勺子”形状,区别于新建公路的抛物线形沉降曲线;与一般公路路基拓宽工程不同,山区拓宽公路不仅要重视新老路基结合部位的处治,新路基与挡墙结合部位的处治也不能忽视;山区公路填方拓宽路基外侧挡墙土压力的分布基本呈抛物线形状,不同于经典土压力理论得出的三角形土压力分布形式。通过分析路基拓宽宽度、老路路堤边坡坡度、新老路基路基材料性能等因素对路基受力的影响,揭示了山区拓宽改造公路新老路基不协调变形及挡墙的受力与变形特征规律。     

竖向扩建填埋场变形离心模型试验研究

填埋场扩建是增大库容的重要手段,而其引起的沉降变形对填埋场及内部构筑物的稳定性有重大影响。针对扩建填埋场自重应力作用下的沉降变形问题,采用能够模拟我国固废工程特性的人工固废开展了平原型填埋场竖向扩建的离心模型试验。结果表明,堆体自重应力沉降随固废龄期增大而减小,最大沉降可达到堆体初始高度的20%。新老堆体界面不均匀沉降随老堆体龄期增大而减小,界面水平位移最大值出现在新堆体坡肩附近,且随坡比增加和龄期减小而增大。坡比越小,龄期和垃圾坝的作用越明显。垃圾坝对填埋堆体变形的影响随其相对高度减小而减弱。试验结果略大于常用的填埋场一维沉降计算结果,为填埋场增容及中间衬垫设计和稳定评估等提供了参考。     

高速公路拓宽工程沉降控制复合地基优化设计

按沉降控制设计理论,结合有关公路设计规范、路面功能性和结构性的要求以及有限元法分析路基差异沉降引起路面附加应力的计算结果,提出了采用工后路基路拱横坡度变化小于等于0.45 %作为软土地基上高速公路拓宽工程的容许新老路基差异沉降控制标准。采用有限元法对佛山-开平高速公路拓宽工程标准断面进行分析,采用不同参数计算出水泥土搅拌桩复合地基的新老路基差异沉降。根据沉降控制标准,优化出既满足新老路基差异沉降控制要求,又效益最优的高速公路拓宽工程软土路基水泥土搅拌桩处理的设计参数,即工程水泥土搅拌桩采用面积置换率为8.9 %(对应桩间距1.6 m),桩长8 m,桩径为0.5 m,水泥掺入比为15 %;实际使用时,考虑桩土存在一定的不协调,可适当提高桩体面积置换率达10.1 %（对应桩间距1.5 m）。     

高速公路拓宽工程地基处理效果的数值分析

以既建高速公路地质资料为背景,通过通用的有限元程序,对高速公路拓宽工程中新、老路基采用不同处理方法的效果进行了数值模拟。结果表明：新路堤的堆载会引起老路基一定程度上的瞬时变形,新路基采用复合地基法处理能较好地解决不均匀沉降问题,且新路基施工前老路基的固结度对复合地基法的处理效果影响较小。     

旧路拓宽全过程三维有限元分析

旧路拓宽是西部山区高等级公路建设中的重要课题。运用岩土工程专业软件包P laxis 3D Tunnel,对旧路拓宽进行了全过程的三维弹塑性有限元数值模拟,包括新路基的填筑,路面各结构层的铺筑及轮载最不利位置的施加等,重点分析了新旧路基不均匀沉降变形及应力分布的规律,比较了拓宽方式、新老路基土模量差异对路面变形和使用寿命的影响,并就实际施工提出了一些建议。     

路基拓宽工程的基本特性分析

基于非线性有限元方法, 对路基拓宽工程的基本特性进行探讨。对比分析表明: 拓宽部分竖向沉降与侧向位移的数值明显大于旧路基的相应值,且侧向位移在新旧路基结合处取得最大值,这必然导致新旧路基结合处容易出现拉应力区,从而形成常见的纵向裂缝。对于指定的拓宽宽度来说,在路基两侧进行拓宽比仅在某一单侧拓宽更容易减小新旧路基的沉降差,工程实际中应尽量在旧路基两侧同时进行拓宽。路面竖向沉降的峰值随着土体变形模量的增大而减小,随着土体重度的增大而增大。路基的稳定性随着土体黏聚力或内摩擦角的增大而增大,随着填土重度及车辆等效均布荷载的增大而减小。工程实际中应尽量选用重度小、变形模量大且强度高的土体作为路基拓宽部分的填料。     

静载作用下土工格栅加筋拓宽路堤土中应力特征试验研究

为探究荷载作用下软土地基直接拼接拓宽路堤受力和变形特征,利用自行设计制造的模型试验系统,通过改变软土地基差异沉降、土工格栅加铺层数对软土地基高速公路直接拼接路堤进行一系列模型试验,研究各种工况下旧路与新拓宽路堤土中应力变化。试验结果表明,拓宽路堤在荷载作用下新旧路各断面土中竖向应力随着荷载的增大而增大,受路堤填土边坡与下伏地基侧向约束条件的影响,荷载作用下土中竖向应力在填土路堤与地基内沿深度方向呈现先减小、后增大、再减小的分布特征;软土地基拓宽路堤差异沉降对新旧路结合部位土中竖向应力影响较大,土中竖向应力随着差异沉降增大而增大;旧路范围内土中竖向应力受差异沉降的影响不大;在拓宽路堤填土的顶部和底部各布设一层土工格栅加筋层时可明显减小路堤土中竖向应力和路堤沉降：相同荷载作用下对比无加筋路堤,铺设2层土工格栅加筋路堤的顶面沉降最大可以减少62%,土工格栅加筋对软土地基拓宽路堤沉降有较好的控制作用。     

斜坡路基边坡中路堤位移及应力影响参数研究

采用ANSYS有限元分析软件建立斜坡路基边坡有限元数值模型,分析了不同路堤边坡坡度、地基坡度、路堤高度及路基宽度对路堤位移和应力的影响规律,研究表明:1)斜坡路堤边坡坡度的变化对路堤位移及应力影响较小,建议路堤边坡坡度在1:13-1:1.7范围选取;2)随着斜坡地基坡度的增大,路堤位移及剪应力均呈现先增大后减小趋势,建议斜坡地基坡度不超过1:4.5为最佳;3)随着斜坡路堤高度的增大,路堤的位移逐渐增大,最大剪应力先减小后增大,建议实际施工中路堤高度可选取18.22m;4)斜坡路堤的位移及应力均随着路基宽度的增大而增大,实际工程中建议路基宽度不超过20m最为理想。     

半填半挖式路基差异沉降对沥青路面结构影响分析

半填半挖式路基的差异沉降将对上承路面结构产生不利的附加力学响应。本文以层状体系为基础，将半填半挖式路基差异沉降变形作为路面结构层底的约束条件，建立沥青混凝土路面结构对半填半挖式路基差异沉降变形力学响应的平面有限元模型。系统分析不均匀沉降量、不均匀沉降长度、路面结构与材料参数等对附加力学响应的影响。通过正交因子分析，研究路面结构层的优化设计以改善路面结构的不利受力状态。最后，建议使用柔性基层或设置级配碎石等松散性材料底基层来削减基层底附加拉应力，在路面结构层的优化设计中应以基层厚度作为控制要素。     

高速拓宽软土路基差异沉降数值计算及监测分析

路基差异沉降控制是软土地区高速拓宽工程中的关键性技术问题之一,本文以北方某高速拓宽工程的试验段为例,运用ABAQUS软件进行了拓宽软土路基变形的有限元数值计算,并与路基现场变形监测数据进行对比分析,数值计算与实测结果基本吻合,结论一致地反映了路堤填筑初始阶段新路基的沉降速率较大,旧路基在填筑后期才产生较明显的附加沉降变形; 路基变形在拓宽侧呈现明显的"沉降盆"效应,新、旧路基的差异沉降是造成路基路面纵裂的主要因素; 桩端地基土呈现出较明显的侧向挤压效应,则表明采用带帽PTC桩复合地基中用于减沉时,桩端应置于具有较高承载力的有效持力层上。     

机场高填土地基工后不均匀沉降指标研究

以威斯特卡德板中受荷计算刚性道面PCN值的理论为基础,考虑刚性道面接缝传荷能力和山区机场地基不均匀沉降,建立了基于“地基-道面-飞机荷载”相互作用的足尺9块板道面结构三维有限元分析模型。运用该方法,根据统计的国内主要民航运输飞机ACN值,确立了15组计算分析模型。经威斯特卡德理论和Bisar软件验证了模型的可行性。研究表明,高填土机场道面板底最大拉应力与地基不均匀沉降呈线性关系,高填土机场工程中对于1‰的地基不均匀沉降控制比较合理,对于设计强度为5.0 MPa以上的道面结构,允许地基最大不均匀沉降值为1.2‰。     

高速公路扩建工程软基拓宽的沉降监测与分析

高速公路拓宽建设中新老路基特别是软土路基的固结沉降与力学性质的差异将引起严重的路面开裂,因而控制其差异沉降、防止拼接处路面开裂成为扩建工程软基处理中的技术关键。针对采用薄壁管桩和粉喷桩处理的软基路段,选取具有典型地质条件及较高填方的断面,通过埋设地面沉降板,对拓宽路基及新老路堤结合部进行了为期9个月的沉降动态监测。监测结果表明,拓宽路基的累计沉降及差异沉降均很小,后期沉降速率小于控制标准,为新老路基差异沉降的评价提供了依据;薄壁管桩用于处理埋深大、层厚大的拓宽软基及粉喷桩用于处理埋深浅、层厚较小的拓宽软基具有各自的适用性,拓宽后的新老路基已形成整体性强的复合地基,达到了路基拓宽的理想效果。     

旧路改建高速公路中地基强夯效应测试与工艺参数分析

旧路改建高速公路遇到的最主要的问题是地基的不均匀沉降。数值分析表明,对新的天然地基进行处理是解决这一问题的关键。强夯是加固地基的一种有效措施,为了对强夯工艺参数进行优化研究,对夯锤冲击地面过程中产生的动孔隙水压力、动土应力以及夯后超静孔隙水压力的消散过程进行了跟踪测试与分析。结果表明,对以风化料为主的地基,最大夯击数不宜超过4击,而且铺底夯完成2d后就可进行满夯。     

山区公路拓宽路基与衡重式挡土墙动态相互作用的数值模拟

针对山区公路路基拓宽改建的特殊性,运用非线性有限元法,开展衡重式挡土墙修建、新路基逐层分步填筑的动态施工力学行为数值模拟。针对新路基是否加筋、加筋层位以及衡重台上下方新路基填土压实状况的差异性,对新旧路基稳定安全性、滑动面形态、沉降、挡土墙变位等力学响应的影响开展参数敏感性分析。结合室内模拟墙体不同主动位移模式下拓宽路基土工离心模型试验成果,考察新旧路基顶面沉降与挡土墙变位的动态耦合关系。在山区公路路基拓宽改建动态施工中,挡土墙的变位和新旧路基顶面沉降、差异沉降相互耦合,呈正相关关系。衡重台下方新路基填土压实不足会导致新旧路基顶面差异沉降增大。挡土墙主动外倾诱发新旧路基顶面产生较大附加（差异）沉降,宜对新路基自重压密作用造成的差异沉降予以适当修正放大后进行上承路面结构设计。     

PCC桩加固铁路软土地基现场试验研究

铁路相对于公路对承载力和沉降控制都提出了更高的要求。现浇混凝土大直径管桩（PCC桩）技术首次在南京南站联络线铁路工程中应用,为了研究PCC桩加固铁路路基的工作特性,开展了PCC桩加固铁路软土地基的现场检测与监测试验研究。现场检测包含静载试验、低应变检测和开挖检测。现场监测内容为：桩土应力、地基和路堤水平位移、表面沉降、分层沉降、土工格栅张力、孔隙水压力等。质量检测结果表明,PCC桩施工质量良好,承载力达到铁路地基设计要求。现场监测表明,地基沉降在填土结束后3个月稳定,最大水平位移为13 mm,路基沉降稳定快,水平位移小,路堤稳定性高,能满足铁路严格控制沉降和快速施工的要求。研究成果对PCC桩复合地基加固铁路地基的设计和应用提供了依据。     

采空区地层沉陷过程中关键岩层的作用

采空区造成地层缓慢沉陷,严重地威胁着地表建筑物的安全。在其沉陷过程中,上覆各岩层破坏特点、厚层坚硬岩体抵抗沉陷的作用等对最终沉陷有重要影响。采用数值模拟技术,具体深入地分析了地层的沉陷过程、注浆治理的效果,以及其主要影响因素,发现坚硬厚岩层发挥了关键作用。     

山区公路半填半挖路基沉降控制指标与标准研究

为了避免路基沉降导致路面结构破坏,对适用于山区公路半填半挖路基的沉降控制指标和标准进行了研究。首先,基于常泊松比假定,推导了三维Merchant模型的Prony级数表达式,并以ABAQUS为工具建立了半填半挖路基沉降计算模型。计算结果表明,半填半挖路基工后沉降曲线为“勺”形或“S”形,曲线形状的差异揭示了路基沉降的时空耦合效应。其次,基于路基工后沉降机制分析,提出了如下假定：半填半挖路基工后沉降曲线为中心对称的“S”形,对称中心两侧的曲线段为抛物线。通过沥青路面结构对抛物线形路基沉降的力学响应分析,揭示了路面结构附加弯拉应力与抛物线方程的二次项系数a具有线性关系,据此提出采用a值作为半填半挖路基沉降控制指标。最后,基于沥青路面结构在交通荷载和路基沉降共同作用下的破坏模式,提出了半填半挖路基沉降控制标准的确定方法。研究成果为合理控制半填半挖路基工后沉降提供了明确的技术依据。