季凍區(qū)高等級(jí)公路加寬對(duì)路基變形影響研究.pdf

1、高等級(jí)公路加寬路基變形是影響加寬后公路的使用壽命、行車舒適的關(guān)鍵問(wèn)題,而我國(guó)季節(jié)性凍土面積超過(guò)了全國(guó)面積的一半,開(kāi)展季凍區(qū)高等級(jí)公路加寬對(duì)路基變形影響研究,對(duì)于在加寬工程中充分考慮季節(jié)性凍融的影響,有效控制新舊路基的整體穩(wěn)定性和不均勻沉降,減少由此引起的上部路面結(jié)構(gòu)層的開(kāi)裂、破壞,降低管理、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用,保證加寬公路的質(zhì)量,保持良好行車狀況,具有特殊的理論與實(shí)踐意義。本文結(jié)合同三公路方正至哈爾濱段公路加寬項(xiàng)目,通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)、回歸計(jì)算、理論分

2、析、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、數(shù)值模擬等方法,研究了不同條件下路基土的強(qiáng)度指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度變化規(guī)律、試驗(yàn)段加寬路基變形特性和不同工況加寬路基變形特性等。主要工作包括路基土工程性質(zhì)試驗(yàn)研究、凍融循環(huán)后路基土強(qiáng)度指標(biāo)變化規(guī)律及數(shù)學(xué)模型研究、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析、不同工況加寬路基變形數(shù)值分析,主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　 (1)通過(guò)室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果分析,給出了加寬路基壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)建議值,總結(jié)了含水率、壓實(shí)度變化對(duì)路基土強(qiáng)度指標(biāo)影響規(guī)律,得出了在路基土中加入

3、不同屬性的土工格柵時(shí)強(qiáng)度指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度變化規(guī)律,得出了筋土界面剪應(yīng)力、剪切位移、法向應(yīng)力和含水率之間的相互影響規(guī)律,確定了進(jìn)一步分析時(shí)有限元所需參數(shù)。
　　 (2)凍融循環(huán)三軸試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著凍融次數(shù)的增加,土的粘聚力逐漸減小,內(nèi)摩擦角逐漸增大,但增大幅度較小,同一壓實(shí)度下含水率高的土體粘聚力降低幅度較大。利用MATLAB數(shù)學(xué)分析軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸,建立了凍融路基土的粘聚力c、內(nèi)摩擦角φ的回歸方程,回歸方程可進(jìn)行凍融路基土

4、強(qiáng)度指標(biāo)預(yù)測(cè)。
　　 (3)對(duì)試驗(yàn)路段的觀測(cè)斷面進(jìn)行了加寬路基的分層沉降、水平位移、孔隙水壓力及土壓力的試驗(yàn)監(jiān)測(cè),通過(guò)分析得出,加寬路基在分層填筑過(guò)程中分層沉降具有明顯的加速過(guò)程,側(cè)向變形、土壓力和孔隙水壓力不斷增大,新路基填筑結(jié)束后,土壓力穩(wěn)定,土在固結(jié)過(guò)程中超孔隙水壓力有明顯的消散過(guò)程;在新填路基土作用下新舊路基出現(xiàn)差異沉降,隨著填筑速率增大,沉降速率增大,側(cè)向變形增長(zhǎng)速度也較快,最大側(cè)向位移深度在新填路基坡腳處比舊路基路肩

5、處大;在土體固結(jié)沉降基本完成的時(shí)候,路基和地基處于較為穩(wěn)定的狀態(tài),新舊路基沉降緩慢,差異沉降率基本穩(wěn)定。
　　 (4)通過(guò)路基土室內(nèi)試驗(yàn)確定有限元所需參數(shù),利用有限元對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行仿真模擬,新路基路肩處、新舊路基結(jié)合處和舊路基路肩處不同深度的橫向變形、豎向變形的有限元計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值吻合較好,變形規(guī)律一致。
　　 (5)利用有限元進(jìn)行了加寬方式、臺(tái)階開(kāi)挖填筑、填土高度、填筑速率、使用土工格柵、凍融循環(huán)6種不同工況的數(shù)值仿

6、真模擬,分析了公路加寬各工況對(duì)路基變形的影響,尤其對(duì)新舊路基結(jié)合處、新路基路肩、新路基坡腳、加寬后路基頂面、新路基坡腳外地基等典型位置的變形進(jìn)行了對(duì)比研究,得出了不同工況對(duì)路基變形影響的規(guī)律。結(jié)合有限元計(jì)算結(jié)果分析,在季凍區(qū)高等級(jí)公路加寬工程中,為有效控制變形、避免施工塌方等,推薦采用高度100cm、寬度150cm路基開(kāi)挖填筑方式;為減小加寬路基變形和差異沉降,推薦在新路基底部鋪設(shè)2層土工格柵;為減小凍融對(duì)路基安全性的影響,建議控制含水