交通荷載對道路工后沉降影響的研究.pdf

1、道路沉降可以分為道路施工期沉降和道路工后沉降。道路施工期沉降一般通過填補加高等措施解決,道路工后沉降需對運營中的道路進行平整性修補,對道路的運營能力、維修成本影響較大。引起道路工后沉降的原因主要有:固結(jié)殘余孔壓消散、交通荷載等。精確預(yù)測道路在交通荷載作用下的工后沉降,對道路在設(shè)計、施工過程中采取有效措施來減少道路工后沉降具有重要的意義。論文針對這一問題開展了如下工作:
　　 首先,論文采用脈沖函數(shù)的有限差分近似表達式模擬交通荷載

2、,反映交通荷載的作用點、軸重、行車速度。理論驗證了該表達式模擬交通荷載特征與勻速移動荷載作用于彈性半空間表面的豎向動應(yīng)力特征一致,試驗驗證了與實際行駛車輛在道路中引起的豎向動應(yīng)力脈沖曲線特征結(jié)果一致。
　　 其次,基于原狀杭州軟粘土的三軸壓縮試驗結(jié)果中土體軸向應(yīng)變和偏應(yīng)力呈應(yīng)力-應(yīng)變硬化或者應(yīng)力-應(yīng)變軟化形式、Es/Enf50與q/qf呈非線性關(guān)系,論文提出了HardeningSoil(HS)修正模型。該修正模型能描述在三軸壓縮

3、試驗中土的應(yīng)變硬化及應(yīng)變軟化現(xiàn)象、非線性剛度軟化現(xiàn)象,且該修正模型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線與實測應(yīng)力-應(yīng)變曲線的相關(guān)系數(shù)大于0.97。
　　 第三,基于道路為半空間無限體,論文采用Plaxis有限元軟件,建立了黏彈性人工邊界有限元數(shù)值模型。其中黏彈性人工邊界條件為在有限元模型的截斷邊界處:(1)采用吸收邊界模擬系統(tǒng)在振動過程中動應(yīng)力波動向遠場介質(zhì)輻射的特點,消除了應(yīng)力波在固定邊界上的反射而導(dǎo)致振動波在有限域內(nèi)的振蕩反射,使得計算周期出現(xiàn)

4、放大或縮小及卸載后出現(xiàn)動位移、動應(yīng)力反復(fù)振蕩的不正常現(xiàn)象;(2)采用錨錠桿單元模擬線性彈簧作用,解決吸收邊界在低頻作用下出現(xiàn)的漂移現(xiàn)象而導(dǎo)致動位移響應(yīng)與理論值有較大差異的穩(wěn)定問題。結(jié)果顯示:黏彈性人工邊界的有限元數(shù)值分析模型計算區(qū)域小,模擬交通荷載作用下道路的動響應(yīng)準確性好。
　　 第四,基于循環(huán)三軸試驗,采用εp-N與Up/σc-N的冪函數(shù)關(guān)系擬合了累積塑性應(yīng)變-加載次數(shù)及累積孔壓比-加載次數(shù)的關(guān)系,考慮的影響因素涉及動偏應(yīng)力

5、幅值和振動頻率等交通荷載因素,孔隙比、粒徑、含水量、回彈模量等道路因素,初始靜偏應(yīng)力和圍壓等試驗初始應(yīng)力條件。
　　 第五,基于Plaxis有限元軟件,采用脈沖函數(shù)的有限差分形式模擬交通荷載、以HardeningSoil非線性剛度軟化修正模型模擬土的本構(gòu)關(guān)系、以黏彈性人工邊界模擬有限元模型邊界上波的傳播,建立模擬交通荷載作用下道路動響應(yīng)的數(shù)值分析模型。利用上述數(shù)值分析模型,計算了交通荷載作用下道路的初始靜偏應(yīng)力、圍壓等試驗初始應(yīng)