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）。     

双曲线配合法在某路基沉降反分析中的应用

本文根据哈尔滨某公路路基实测沉降资料,应用双曲线配合法推算了地基土的最终沉降量,并用太沙基渗透固结理论反分析出地基中粘土层的平均固结系数和渗透系数。应用太沙基方法,将反算出的渗透系数计算路基沉降,结果比选用实验室测得的渗透系数计算的沉降更接近实际沉降值。     

考虑侧填荷载的分离式基础涵洞地基承载力新算法和试验

为了研究涵侧填土对采用分离式基础涵洞地基承载力的提高效应,先结合基底土体的受力特点,进行受力分析,建立计算模型,构建求解分离式基础地基极限承载力的算法,给出承载力表达式。然后在相似理论的指导下,设计了5组模型,试验模拟粉质黏土地基受荷变形直到破坏的全过程,绘出荷载-沉降曲线,测得涵侧填土高度为0、4、8、12、16 m时的地基极限承载力。试验发现:随着侧填土高度的增加,承载力显著提高,当填土为12 m时已达到885 kPa;但提高幅度表现出非线性特性,先从18.42%增加到36.11%,然后减小到3.39%;当填土达到16 m时承载力达到915 kPa且不再增加;同时发现使用本文算法与试验实测值的误差小于10%,可以考虑用此算法计算分离式基础涵洞的地基极限承载力。继而得出结论:当涵洞地基沉降满足设计要求时,涵侧填土显著提高了地基承载力,节约工程造价,且提高的幅度先增加后减少,当达到16 m时地基承载力便逐渐趋于915 kPa。     

橡胶-粉土轻质混合土中管道动力响应特性

埋地管道在交通荷载等作用下会发生破坏，对区域内的经济和生活造成较大的影响。近年来废弃橡胶轮胎颗粒与土混合成轻质土逐渐被用于路基填料等领域。设计完成了冲击动载下橡胶?粉土轻质混合土中管道动力响应特性的模型试验，采用等体积置换法在地基土中掺入0%、10%、20%、30%的废轮胎颗粒，通过路基的表层沉降以及埋地管道的变形特性来研究轻质混合土作为路基填料的减振性能。试验结果表明，加入橡胶颗粒能有效减小路基表层沉降，当橡胶含量10%时，路基沉降减小最明显；埋地管道在冲击动载的作用下表现出“压扁”的形态特征，加入橡胶颗粒能明显减小埋地管道的应变及弯矩响应，当橡胶含量为20%和30%时，管道的应变和弯矩减小更为明显。     

填方路基中影响沉降的关键因素

文章利用弹塑性有限元方法建立了路基与地基的模型,采用分层加载的方法,选用弹性模量、粘聚力、内摩擦角作为参数,模拟出路基与地基在施工各阶段的应力与变形沉降的真实过程。提出一个观点:地基在外荷载作用下的沉降变形是公路变形的主要部分,而路基本身压缩变形量很小。在满足规范要求施工情形下,公路沉降变形量的绝大部分是地基变形,所以地基变形应受到足够重视。     

强夯置换技术处理公路软土地基试验研究

分析了抛石强夯置换加固软土地基的原理,并通过监测和分析试验段的孔隙水压力在施工过程中的变化规律,以及研究静力触探、沉降观测和复合地基静载试验结果,说明通过该技术的应用,公路路基的承载力由软土地基的承载力90 kPa提高到复合地基的承载力245 kPa以上,加固深度达到6 m以上,且能够加快公路软土地基沉降过程。     

多年冻土斜坡路基失稳变形影响因素及特征研究

从力学相似性的角度进行多年冻土斜坡路基失稳变形离心模型试验,分析最大融深状态下冻土斜坡路基土层性质、高度以及地基坡度对其稳定性的影响规律,研究冻土斜坡路基失稳变形特性、失稳机制及模式,将片石路基与普通路基进行对比分析。试验结果表明,冻土斜坡路基土层力学性质、路基高度和地基坡度对其稳定具有显著影响,路基的变形在冻融交界面发生骤变,变形主要集中在冻融交界面之上的土层;在本试验条件下,多年冻土斜坡路基合理高度约为5 m;当斜坡路基高度为5 m时,地基坡度大于1: 6,路基横向变形迅速增大;冻土斜坡路基的沉降和横向变形表现出较大的不均匀性,冻土斜坡路基变形失稳的根本原因是冻融交界附近软弱带的抗剪强度不足,阳坡冻融交界面之上的土层沿软弱带滑移破坏;路基破坏可分为浅层开裂破坏、深层开裂破坏和整体滑移破坏3种;冻土斜坡片石路基的水平位移和沉降明显小于普通路基,片石路基具有较好的整体稳定性。     

黄河冲（淤）积粉质二灰土的配合比研究

试验研究了黄河冲（淤）积粉质二灰土的配合比问题。分析了黄河冲（淤）积粉质二灰土的强度标准龄期;研究了土质、二灰比、二灰含量对二灰土强度的影响规律;提出了黄河冲（淤）积粉质二灰土配合比设计的新思路。研究认为,对于黄河冲（淤）积粉质二灰土,应以21 d无侧限抗压强度作为配合比设计的依据;黄河冲（淤）积平原区土质适宜的二灰比为1：3,适宜的二灰含量在32 %～40 %之间;土中<0.005 mm颗粒含量、土的有机质含量,以及二灰土的粗细颗粒比Cf值对黄河冲（淤）积粉质二灰土的强度具有重要影响,且呈现规律性变化;当土中<0.005 mm颗粒含量在17 %～27 %之间时,黄河冲（淤）积粉质二灰土可获得较高的强度。     

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。     

哈尔滨高等级公路路基沉降监测反分析

本文应用双曲线配合法对哈尔滨高等级公路路基实测沉降进行了分析，推算了地基的最终沉降量，并由此用太沙基方法反算出地基中粘土层的平均固结系数和渗透系数。把用本文方法推算的渗透系数应用于太沙基方法计算路基沉降，发现比选用实验室测得的渗透系数计算的结果更接近实际沉降。通过本次反分析研究得出：路基中粘性土的固结系数和渗透系数明显高于室内土工试验测得值。这给相似地基高等级公路的设计、施工提供了参考依据。     

多年冻土区路基尺度效应对路面结构力学响应的影响

为了研究不同尺度路基融沉作用对路面结构层力学响应的影响,建立了基于热力耦合理论的有限元模型,系统研究不同路基尺度工况下,融沉作用对不同厚度路面、不同材料基层的力学分布规律影响. 结果表明：相同的融沉条件下,整体式路基较分离式及二级路基,变形分别增大45%、64%,应力增大17.5%、21.7%. 高速公路面层由于路基较宽,地基融沉更容易向上传递,进而导致面层底部应力增大,最终造成面层的破坏. 因此,路面设计过程中保证一定的面层厚度,并采用柔性基层减小模量,可有效以降低层底应力水平,并防止基层裂缝向上反射.     

一种气泡轻质土路基受载-破坏模型试验

针对某原型工程采用的新型气泡轻质填土路基,通过室内相似模型试验和UDEC数值模拟相结合分析的手段,研究该气泡轻质土路基在受载-破坏过程中的变形特征和受力破坏机制,得到了该过程中路基内部的应变变化、应力分布以及沉降变形规律等数据。研究表明：该种气泡轻质土路基在受载-破坏过程中,内部老路基首先发生变形,当荷载达到175 kPa后,中层左侧轻质土路基内部最先发生塑性变形直至破坏;轻质土路基与老路基交接处易受老路基沉降变形与轻质土路基破坏变形的共同作用而产生弯剪破坏裂缝,最终导致路基失稳;该气泡轻质土路基受载-破坏模式是一个由内而外的从弹性变形到塑性屈服,最终发生弯剪破坏的过程,即先局部破坏再整体失稳;纵向上老路基的应力传递比轻质土路基小;一定荷载范围（小于100 kPa）内,路基变形程度与路基深度成反比。     

青藏公路路基变形分析

为研究青藏公路多年冻土人为上限在退化过程中对路基变形产生的影响过程和程度, 在唐古拉山以南选择了3处具有代表性的路面进行了为期2 a的路面变形观测. 资料表明, 在多年冻土人为上限退化过程中随着公路路基结构、冻土类型的不同, 路基变形从冻胀和融沉过程、冻胀量和融沉量、发生的时间都有很大的不同. 在高含冰量多年冻土区采用半挖半填结构产生的路基变形最为剧烈, 在含冰量相对少且采用较高路堤结构的地段路基变形过程相对平缓. 同时结合探地雷达的勘察结果对路基下的融化区、多年冻土区的内部结构进行了分析. 结果显示,多年冻土人为上限的下移、地下冰的融化会在多年冻土人为上限以上的地质体中导致较强烈的层间错动和扰动.     

重复荷载作用下粉性路基土累积塑性变形研究

为研究不同含水率、压实度和应力水平下路基压实粉性路基土累积塑性变形影响因素与变化规律,开展了系列动三轴试验。根据累积塑性应变随加载次数的变化规律,获得了不同含水率、压实度下粉土的临界动应力。研究表明,粉性路基土临界动应力随压实度的提高而增大,随含水率的增大而减小。为避免路面结构的破坏,路基土应力状态应控制在临界应力界限范围内。鉴于此,针对路基土临界应力范围内的试验数据,建立了路基土累积塑性变形预估模型。该模型考虑了应力和加载次数的影响。回归分析表明,该模型具有较高的决定系数,即模型具有较高的合理性与可靠性。模型的建立为基于力学经验法的路基累积塑性变形计算提供了参数。最后以典型水泥混凝土路面为例,获得了不同轴载、轴型作用下粉土路基累积塑性变形,为进一步研究路基累积塑性变形对路面结构的影响提供了思路。     

基于动变形控制法的路基临界高度与湿度关系研究

从力学角度出发,以路基在长期交通荷载作用下不至于变形过大为主要目的,利用动变形控制法,针对路基高度与湿度的相互关系进行了研究。首先,通过室内试验获得了路基土体回弹模量与湿度及压实度的定量关系式;同时基于层状公路结构动力响应解及路基、路面协调变形原理,获得了路基顶面动变形控制标准。结合试验结果和路基顶面动变形控制标准,建立了路基湿度、压实度与路基高度之间的联系。最后,以两种典型沥青混凝土公路结构为例,编制程序进行了数值计算,分析了满足动变形条件下的路基临界高度随路基湿度、压实度的变化规律。结果表明：路基临界高度随着路基湿度的增加而增大。路基湿度低于最优含水率时,路基临界高度随路基湿度和压实度的变化均较小;路基湿度高于最优含水率时,路基临界高度迅速增大,且压实度对临界高度的影响也变得十分显著。研究结果为路基高度和湿度的合理取值提供了新的思路。     

多年冻土区路基路面变形及应力的数值分析

针对青藏公路路基下发育多年冻土融化盘的实际情况,选择两种模型,应用ABAQUS有限元分析软件,对冻土路基从修筑到开放交通过程中的路基路面位移及应力进行了分析.结果表明:冻土路基以融沉为主的变形,一般情况下以路中心下最大,变形呈凹形;当路基下融化盘偏移时,最大变形位置随之偏移;路面层底拉应力最大,对融沉变形反映敏感;路面顶部压应力最大值出现在轴载作用位置,面层应力对轴载反映敏感.计算模型断面尺寸、路基填料、路面结构等对青藏公路具有代表性,在3.6 m路基总高度条件下,无论路基下融化盘偏移与否,融化盘厚达0.5 m时路基顶部(路面层底)拉应力即达基层抗拉强度,显示路基融沉变形可能导致路基失稳及路面破坏,此时路基高度即达最大值.     

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。     

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。     

季节冻土区基床改性填料与保温护坡对路基温度场的影响分析

高速铁路对轨道平顺性具有非常高的要求,在季节冻土区建设的铁路面临着路基冻胀问题,由路基冻胀引起的轨道变形严重影响了高速铁路运行的安全性与舒适性.通过对比其他学者关于路基冻胀的处理与防治方法,提出了采用水泥稳定级配碎石代替普通级配碎石作为基床表层填料,同时在路基边坡铺设保温护坡的方法来防治路基冻胀.根据哈大客运专线季节冻土区的地质及气候条件,采用有限元数值仿真方法分析路基基床表层采用水泥稳定级配碎石和在路基边坡加设保温护坡后对路基温度场的影响.并将分析结果与哈大客运专线的现场实测结果进行了对比,验证了有限元数值仿真结果的可靠性,分析结果表明：在基床表层换填水泥稳定级配碎石,同时在路基边坡铺设3.0 m高、2.5 m宽的保温护坡后可以有效缓解路基的冻胀,与无任何保温措施的普通路基相比,路基中心处的最大冻结深度减小了0.5 m,路肩处的最大冻结深度减小了1.1 m.