软土地基上海堤变形与失稳的离心模型试验与数值分析

软土地基上海堤的沉降及稳定性是围垦海堤工程的关键问题。针对海堤工程开展离心机模型试验,分别通过变加速度法及恒加速度法模拟海堤填筑过程和竣工后稳定运行过程,得到了海堤施工期及工后沉降变化规律,并通过PIV技术观察海堤的破坏模式;在此基础上,采用GeoStudio软件分别基于总应力及有效应力分析法,分析了海堤施工期及竣工后稳定运行期海堤的整体稳定性随时间变化规律。物理和数值模拟结果表明,离心模型试验能一定程度上模拟海堤的变形及失稳情况,且与数值分析结果吻合较好。海堤施工期瞬时失稳的滑裂面贯穿软土地基,并使海堤滑体发生了超过1 m的瞬时沉降。海堤填筑完成后地基超静孔隙水压力逐渐消散、海堤稳定性安全系数随时间不断提高。海堤竖向和水平位移最大值分别位于堤轴线处及坡脚处。     

软基地段斜坡高填路堤施工数值模拟

基于地质目标计算机辅助设计软件GOCAD,建立了郴宁高速公路某软土地基斜坡高填路堤的FLAC3D模型,并应用FLAC3D软件对该路堤的分层填筑作数值模拟,分析了路堤在填筑体重力作用下的变形规律及其稳定性.得出如下结论:地形地貌对路堤位移影响较大;随着路堤填筑高度的增加,路堤沉降逐渐增大,最大沉降约位于填筑体内部填筑高度...     

非饱和红层路堤沉降理论与应用研究

路堤本体主要是非饱和土,其变形由3部分组成,即瞬时压密产生的变形、主固结产生的变形和次固结产生的变形,因此其理论也应反映这3部分变形。以单轴压缩红层蠕变试验为基础,提出基于非饱和土单变量理论的红层非饱和土路堤沉降计算理论;通过算例对遂渝客运专线遂宁段某工点实际填筑过程的进行了数值模拟,并对其工后沉降进行了预则,结果表明,模拟结果与现场监测数据预测的结果相符,说明该理论是正确的?     

高填石路堤蠕变本构模型及其参数反演分析与应用

结合高填石路堤工后沉降变形机理与工程特点，基于工程实测数据，提出了高填石路堤工后沉降蠕变变形的双曲线型三参数本构模型，并引进遗传算法与有限元分析理论，建立了该模型参数的反演分析方法。在此基础上，利用蠕变有限元分析手段，深入探讨了高填石路堤工后沉降的分析计算方法，并开发了相应的分析计算软件。结合某高填石路堤工程实践，探讨了高填石路堤双曲线三参数蠕变本构模型和高填石路堤工后沉降计算的应用方法。工程实例分析表明，提出的本构模型及其工后沉降计算方法简单，可以满足工程要求，初步建立了一种新的高填石路堤工后沉降计算方法。     

施工期软土路基沉降数值模拟分析

探讨施工期路堤填筑速率对软土路基沉降和稳定性的影响,以某高速公路为例,建立断面模型,对不同路堤填筑情况下的路基沉降进行数值模拟.结果表明,填筑速率越大,沉降速率越大,过快的填筑速率会影响路基的稳定性,但对最终沉降量影响不显著.     

基于流变和固结理论的非饱和红层路堤沉降机制研究

路堤本体的沉降问题一直是公路和铁路路基研究解决的主要问题。路堤本体主要是非饱和土,其变形由3 部分组成,即瞬时压密产生的变形、主固结产生的变形和次固结产生的变形,但主固结和次固结并不是两个完全独立的过程,它们是相互影响的,即路堤本体的变形是非饱和固结-蠕变耦合的结果。以单轴压缩红层蠕变试验为基础,提出了非饱和单变量理论、路堤沉降计算理论;同时采用离心试验和数值模拟方法,对各种压实系数的路堤本体的沉降与填筑高度关系以及工后沉降与时间的关系进行了研究,并对工后最终沉降进行了预测,结果表明,模拟结果与离心试验数据预测的结果相符,说明该理论是正确的?     

Q2、Q3黄土深堑中高填方地基变形规律离心模型试验研究

采用大尺寸原状黄土与重塑黄土联合制作模型,针对Q2、Q3黄土深堑中超高填方地基在天然含水率及饱和状态时的沉降变形规律开展大型离心模型试验研究,系统模拟了超高黄土填方地基在施工期及工后期的变形规律。结果表明：此类高填方地基的施工期沉降变形是总变形量主要组成部分;地基填筑完毕后表面沉槽轮廓清晰,填筑过程中沉降速率随施工填方高度增加而增大,沉降变形中部大、两侧小,且填方体与原地基结合部位的变形缓坡较陡坡一侧小;天然状态下的地基整体沉降变形较小,差异变形量较大,饱和状态下的地基沉降变形增大,差异变形量较小,稳定性较差,差异变形使得原地基与填方体极易发生错动开裂。根据模型试验的分析规律,建议此类地基施工过程中宜对填方体与原地基接触带进行处理,以改善填方体约束条件,同时,填筑完工前可预留一定高度,待前期变形基本完成后,再施工至设计标高,以防止过大差异变形导致的工后开裂。     

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。     

红层填料蠕变特性及工程应用研究

为了保持轨道的平顺性和稳定性,高速铁路要求路堤的工后沉降为0。红层属于C类填料,易崩解、软化,依据单轴压缩蠕变（粒径小于2 mm和压实度为95 %）试验结果,对红层填料的蠕变特性进行了分析,同时基于工程应用的目的,根据蠕变曲线对路堤的工后沉降进行了预测,论证了采用红层作为填料在一定的施工工艺下能满足路堤工后0沉降的要求。     

山区公路斜坡填筑路堤应力形变特征及影响因素分析

以某高速公路的土石混料填筑路堤为研究对象,通过室内大型三轴试验,获得填料的力学参数并建立相应本构关系;在此基础上,对斜坡的不同坡度及设置开挖台阶条件下的填筑路堤进行了数值模拟分析,揭示了该斜坡路堤的应力形变特征,并分析了影响因素。结果表明,填筑体以沉降变形为主,在中下部引起水平外鼓,填筑体与斜坡间有相对滑动趋势;内部应力从路基表部向深部增加,在交界面附近应力产生集中并达到最大;应力、形变值与填基高度成正比,与坡度成反比;随坡度增加,位移矢量偏移加剧,相对滑动趋势增强,设置开挖台阶能有效消除此种滑移趋势,提高路堤的稳定性。     

铁路隧道下穿公路引起的路面沉降规律和控制基准研究

目前,铁路隧道下穿公路引起的施工沉降规律和控制基准研究都是以某具体工程为背景制定的,缺乏统一的控制基准。从公路纵坡、横坡、平整度及工程结构稳定本身的需要出发,通过比较分析,提出了采用平整度要求控制施工路面不均匀沉降;在考虑路基高度、隧道尺寸、埋深、地质和施工方法影响条件下,通过FLAC数值计算软件对单双线铁路隧道下穿公路的数值模拟,分析路面沉降规律,得到了沉降槽宽度系数和最大沉降量的预测模型;结合平整度要求及沉降槽宽度系数预测模型制定了铁路隧道下穿公路引起的路面沉降控制基准。通过大量工程实例来验证了提出的沉降控制基准的合理性,其结果可为铁路隧道下穿其他建筑物引起的地表沉降控制基准的制定提供参考。     

青藏公路多年冻土段路基病害分布规律

多年冻土道路多出现路基沉陷变形和路基路面开裂破坏这两类病害.根据青藏公路大量调查资料,对路基病害与多年冻土类型及其稳定程度、工程历史、路基高度、路基边坡坡向的关系进行了分析.结果表明,多年冻土稳定性差、工程完工时间长、位于路基阳坡面的沉陷和纵裂均较严重,而低路堤沉陷与高路堤纵裂均较严重.     

岩溶路基溶洞顶板稳定性分析

可溶性碳酸盐岩类发生岩溶或岩溶现象是一种自然地质现象。我国的西南、华南地区地形地质条件复杂,岩溶地形分布相当广泛,给这些地区的公路建设带来许多困难。通过结构力学简化计算,半定量分析岩溶地区公路路基隐伏岩溶稳定性,得到稳定性和溶洞顶板、跨度、和覆盖层厚度之间的关系。并应用于乐广高速岩溶评价,能方便快速地分析溶洞顶板的稳定性。对我国岩溶地区的公路路基的稳定性分析评价,将具一定的借鉴和参考价值。     

Performance and prediction of long-term settlement in road embankments constructed with recycled construction and demolition waste

The settlement of highway embankments can directly affect the structural safety of road pavement. Comprehensive assessment of the long-term settlement characteristics of highway embankments is important in highway safety management. The present study conducted long-term settlement monitoring in an embankment of the Xi’an-Xianyang Highway in Shaanxi Province, China, that was constructed with recycled construction and demolition waste. Variations in sectional settlement, cumulative settlement, differential settlement, and settlement rates were made in a barricade section and an arc-shaped protective slope section. The maximum settlement observed in the barricade section was 51.75 mm, with the embankment exhibiting “basin-shaped” settlement. The maximum settlement in the arc-shaped protective slope section was 42.22 mm, and the embankment exhibited “W-shaped” settlement. Furthermore, there were two stages of great increase in the settlement rate. Based on the results, control standards for the sectional settlement of embankments constructed with recycled construction and demolition waste are proposed. Finally, a model for predicting the long-term settlement in road embankments constructed with recycled construction and demolition waste is established based on a Weibull distribution probability density function.

     

A combined method to predict the long-term settlements of roads on soft soil under cyclic traffic loadings

In order to investigate the mechanism of the long-term settlement of road on the soft soil, an in situ measurement of a highway in southeast China was conducted during both the construction and post-construction stage. In the theoretical analysis, the long-term settlement of the pavement on thick soft soils was divided into three main components: the consolidation settlement, the creep deformation and the traffic load-induced deformation. The equivalent time line model based on the viscous–elastic–plastic theory was adopted to simulate the road settlement caused by the consolidation and creep of the subsoil. A cyclic strain accumulation model, which was obtained from laboratory tests of soil elements, was adopted to consider the road settlement induced by cyclic traffic loadings. A pavement dynamic response model was used to calculate the dynamic stresses in the subsoil generated by moving traffic loads when the road was open to service. It was found that the equivalent time line model combined with the cyclic strain accumulation model could predict the road settlement accurately at both the construction and post-construction stage. Numerical results showed that the traffic speed had limited effect on the post-construction road settlements for the speed range considered. The post-construction settlement of the road, mainly composed of the traffic-induced settlement and soil creep deformation, could be reduced significantly by increasing the embankment surcharge during the construction stage. The creep component accounted for over 10% of the total post-construction settlement, while the percentage of the creep deformation in total post-construction settlement decreased rapidly as the embankment surcharge increased.     

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。     

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。     

软土地基路堤施工控制的离心模拟试验研究

软土路基上快速填筑路堤时的稳定控制是非常重要的。为此在现行规范中,采用了一些位移或位移速率的控制标准。但实践表明,采用现行的标准仍然出现一些地基失稳的事例,说明这些标准需要进一步求证和改进。除了继续收集、分析失效事例之外,通过离心模型试验也可以进一步理解堤基失稳的机制。离心模型试验结果表明：路堤快速填筑使得地基破坏时,地基变形略呈马鞍形,坡肩处沉降比道中处沉降略大,坡脚水平位移增加较快;破坏时的位移速率与现有规范建议的控制标准基本符合,但地基内的孔隙水压力是在地基进入破坏状态并发生较大变形之后才有突然增加的趋势;此外,坡脚水平位移和道中沉降的速率比,可能是一个较好的稳定性控制的指标。     

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.     

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。