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。     

基于均匀试验的半填半挖路基边坡稳定性灰色关联分析法

首先对山区半填半挖路基边坡稳定性影响因素进行了分析,在总体上将其归纳为填料物理力学参数和填方区的几何参数;其次在深入研究边坡稳定影响因素敏感性分析方法的基础上,提出灰色关联分析特别适合于山区路基边坡稳定性这种复杂而且具有不确定性问题的分析和评价,并对传统灰色关联分析中的不足之处加以改进;然后结合均匀试验设计能使试验次数和计算工作量大大减少的优点,建立起基于改进灰色关联的山区路基边坡稳定性均匀试验分析方法;最后用该方法对某山区公路半填半挖路基边坡变形稳定性及强度稳定性影响因素进行了分析。结果表明,填方区填料的物理力学参数和几何参数对半填半挖路基变形均比较敏感,而对于强度稳定性填方区填料物理力学参数比其几何参数敏感,这可为预防和控制该类路基因强度不足失稳及填、挖结合面的差异沉降提供重要指导,为设计、施工及加固提供重要参考。     

山区公路典型沥青路面结构容许横向沉降差研究

大量的研究表明,路基不均匀沉降导致上部路面结构在车辆重复荷载作用下出现早期的破坏,严重影响了路面服务性能,而现有的路面结构设计未考虑路基不均匀沉降对路面结构的影响。在以往对路基不均匀沉降研究的基础上,采用有限元程序ABAQUS分析了在路基发生不均匀沉降条件下,路面承受车辆重复荷载作用的动力学响应以及路面开裂的变化过程,引入损伤变量定量描述了路面的破坏过程,分析了路基横向沉降差对路面开裂的影响,并参照路基边坡稳定安全系数的定义及规范取值。在此基础上,提出了山区公路典型沥青路面结构的容许横向沉降差值为2.2‰,并建议将其作为路基路面结构整体设计的一个控制指标加以考虑,以避免路基不均匀沉降导致的路面早期破坏,从而提高山区高等级公路的设计及建造水平。     

半填半挖路基交接面稳定性分析

分析了交接面对半填半挖路基稳定性的影响因素,在总体上将其归纳为几何特征和物理力学参数两类。研究了交接面的台阶特征、填料物理力学参数的差异性,分析了不平衡推力法在条块划分、计算结果误差方面的不足,阐明了不平衡推力法用来分析半填半挖路基交接面的稳定性的缺陷,推荐以改进的Sarma（MSarma）方法替换。以某公路半填半挖路基交接面分析为基础,将正交试验设计方法、统计方法和MSarma方法结合起来,形成了半填半挖路基交接面稳定性力学机制分析方法。采用该法研究了半填半挖路基交接面3种工况条件下各种因素对路基稳定性系数影响的敏感性排序,前4位依次为黏聚力、内摩擦角、交接面和地基倾角。在研究这4个主要参数与稳定性系数量化关系并比较变化趋势的基础上,为填料、交接面参数及路基形式选择提供了指导原则。     

挖填交界区格栅加筋路堤的试验和数值模拟分析

在对半挖半填路堤病害及成因分析的基础上,分析了加筋路堤格栅工作机制。通过现场试验,对采用格栅加筋法处理的路堤挖填交界区域进行了原位观测,观测了路堤填土完成时路面沉降、竖向土压力及格栅变形情况。通过建立有限元分析模型,对路堤填筑完成时格栅的拉力及位移进行了分析,并对不同路面荷载和格栅刚度条件下,格栅的拉力与位移进行了计算。结果表明：路堤挖填交界处铺设格栅后,路面局部差异沉降较小。填方区域格栅底部土压力与填土自重应力相当,格栅存在有效加筋长度,在挖填交界面附近产生较大变形和拉力。上层格栅比下层格栅沉降曲线平缓,下层格栅的拉力在交界区域会陡然增大。路面荷载对格栅拉力和位移有一定影响,随埋深增加影响减小,格栅的竖向位移随着荷载增大略有增大,格栅在挖填交界面附近拉力增大。随格栅刚度增大,其拉力也增大,而位移变化很小。     

预应力加筋垫层差异沉降控制性能试验研究

差异沉降是造成路面破坏、影响行车速度和引发交通事故的主要因素之一,加筋土技术作为经济性良好的治理措施被广泛应用。为研究预应力加筋土垫层在差异沉降下的变形规律和沉降控制性能,设计了加筋土垫层和预应力加筋土垫层差异沉降对比模型试验。通过对比试验揭示了预应力加筋土垫层对差异沉降控制的有益效果。试验发现:①预应力加筋垫层可以有效地降低差异沉降。②预应力加筋垫层有利于调节软硬路基交界面附近的“断崖式”差异沉降。③预应力加筋垫层对能量的耗散和传递能力更好。④附加应力从垫层传递到路基顶部时发生应力叠加,在该处呈现增大突变趋势。本文研究成果可为预应力加筋土结构在差异沉降频发路段的工程应用和控制性能研究提供借鉴和依据。     

路基沉降预测的三点修正指数曲线法

科学、合理地预测路基工后沉降量是高速铁路建设的关键环节。针对武广高速铁路路基沉降量级小、数据相对波动大的实测数据,探讨了指数曲线法对无砟轨道路基沉降预测的适用性,发现指数曲线法不能直接应用于量级小、数据相对波动较大的沉降预测。把三点法的基本思想引入指数曲线模型,对指数曲线法进行了改进,提出了路基沉降预测的三点修正指数曲线模型。结合武广高速铁路路基沉降观测数据,分析了三点修正指数曲线模型的特性。分析表明,在整个沉降曲线上选取3个关键点作为预测样本,很好地回避了数据波动带来的影响;沉降曲线上“拐点”以后的沉降规律更符合指数曲线模型,因此,应取沉降曲线上“拐点”以后的数据作为样本值,所取三点应能尽量反映沉降发展的趋势。三点修正指数曲线法预测结果稳定、相关系数高,具有一定的工程应用价值     

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。     

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）。     

黄土沟壑高填方工后12个月沉降变形规律研究

为研究黄土沟壑高填方工后沉降变形规律,选取最大填筑厚度38 m典型黄土沟壑高填方场地,设计立体的沉降监测方案,对工后的地表沉降以及原始地基沉降数据进行采集,分析不同原始路基坡型在工后12个月时间里地表沉降和原始地基沉降发展的规律,取得以下结论:黄土沟壑高填方在不同位置工后沉降的组成不同,填筑体在自重作用下产生的工后沉降与填筑体厚度有直接关系,原始坡形陡的位置工后沉降量较大,并通过拟合得出填筑体自身工后沉降发展曲线,为黄土地区高填方场地的变形规律研究提供参照。      

铁路客运专线路基面沉降特征与工程意义

路基面沉降是铁路客运专线变形观测和沉降评估的基本内容,但由于对路基面沉降的物理含义及其工程意义认识不足,其观测成果的运用存在一些谬误之处。结合武广客运专线大量实测数据,简要地分析了路基面沉降特征及表征意义,探讨观测成果的合理应用方法。分析表明：路基面沉降观测数据可用于考察路基沉降的稳定性、后期发展趋势和曲线回归的相关系数是否满足要求,但无法直接用之进行工后沉降检算。建议了联合路基面沉降观测数据和地基沉降观测数据推算工后沉降的方法。     

铁路客运专线路基沉降预测的新方法

路基的工后沉降控制是高速铁路建设的重要问题之一,利用铁路客运专线路基现场观测数据,找出相应的路基沉降规律有利于指导设计与施工。在分析武广铁路客运专线路基大量数据的基础上,将三点法的基本思想引入到双曲线模型,建立了基于双曲线模型的三点法。其具体做法是：在实测沉降曲线上选取3个适当的点作为预测样本,代入双曲线模型进行预测。为了检验新方法,运用常用的双曲线方法、三点法、Asaoka法、星野法、泊松曲线法进行对比分析,并且提出了新方法的取点控制条件。研究表明：基于双曲线模型的三点法的预测误差小、相关系数高、与实测数据吻合较好,具有一定的实用价值,为铁路客运专线无砟轨道铺设的沉降预测问题提供了参考。     

高液限土路基的沉降变形规律

高液限土具有高天然含水率、高塑性、高孔隙比和低压实度的特点。明确高液限土路基的沉降变形规律成为其科学合理利用的关键。为此,在明确高液限土路用特性的基础上,铺筑了1条26.5 m高的高液限土高填方路基试验段,并进行了长期的沉降观测。结果表明,高液限土路基填筑期间的压缩变形量很大,填筑完成后自然沉降稳定期的固结变形量较小,路面铺筑后的工后沉降量很小,约为高度的2‰;高液限土路基的沉降量与其竖向填筑厚度基本成正比。采用简化的非饱和土固结理论对高液限土路基的沉降变形进行了模拟计算,计算结果与高液限土路基的实测沉降量基本一致,说明非饱和土固结理论可用于高液限土路基的沉降计算。高液限土路基沉降变形规律的成果说明其工后沉降不会过大,为其在公路工程中的推广应用提供了技术依据。     

考虑孔压积累-消散耦合的等效有限元方法

交通荷载往复作用下饱和软土路基会发生显著的工后沉降,并引起不均匀沉降。采用基于室内循环三轴或空心圆柱扭转试验建立的经验显式模型与等效有限元相结合方式,在预测路基长期沉降方面取得了较好的效果。然而,其采用的瞬时积累、逐步消散的孔压模型与实际工程中孔压积累与消散同时进行有着明显的差异。忽略这种差异将会使得计算结果低于实际值。采用能反映自然排水条件下震动孔压长消规律的解析公式,对以上的不足作出改进,并用改进的孔压模型计算了上海浦东国际机场第一跑道的长期运营沉降。分析表明,与瞬时积累、逐步消散的孔压模型相比,考虑孔压积累与消散耦合效应的孔压模型,计算结果更接近实测资料。     

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‰。     

高速公路路基结构分析及动变形设计方法

考虑汽车运动荷载,基于实测路面不平整资料,对影响动荷载的因素进行分析,提出了动力设计荷载参数的建议值。通过Odemark模量和厚度当量假定,将公路结构简化为3层体系,并利用弹性动力学原理及Fourier变换方法获得了路基顶面动变形的计算式。结合现有规范关于路面弯沉控制的思想,考虑路面路基的相互作用及协调变形,给出了路基顶面的动变形控制标准和确定方法,依据此标准提出了一种路基动变形控制设计的方法。最后以3种典型沥青公路结构为例,进行了路基动变形控制设计。