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寒区公路软土地基变形现场监测及数值分析

作　者: 刘世涛
导　师: 程培峰
学　校: 东北林业大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 软土地基袋装砂井塑料排水板计算参数有限元
分类号: U416.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在软土地基上修建高等级公路面临的工程地质问题主要是软土地基的沉降变形。随着国家干线公路的修建,各地公路网面临升级和提高,在寒区软土地基上兴建高等级公路日益增多。为了掌握软土地基在各个时间段内的变形特点和规律,研究了软土的特性,在已有土质地基变形理论基础上,考虑东北地区的特殊地质和气候环境,选择国道111线齐齐哈尔-富裕段软土地基路段进行了试验,对公路软土地基变形监测进行分析,根据实测数据对比评价塑料排水板和袋装砂井处理软土地基的效果；依据有限元弹塑性理论模型,采用ABAQUS有限元软件对试验段软土地基变形进行数值计算,与实测数据进行了对比分析。研究结果表明：寒区软土的工程性质呈软塑状态,为高压塑性土,但其工程性质要好于沿海地区的软土。现场监测数据的分析结果表明,地基土冻壳层的形成造成路肩处土压力增大,致使路肩处竖向变形较大。在冻结初期、冻结深度较小处,软土地基呈现反向位移。路堤填土加载过程中,软土地基的竖向位移和水平位移明显增加。最大侧向位移发生在地表下0.25-0.45倍的软土层中。随着孔隙水压力的消散,有效应力增加,土体的强度增强,水平位移量变化幅度较小,有侧向收缩的趋势。塑料排水板处理的软土地基中超孔隙水压力升高的幅值范围要高于袋装砂井,后者孔隙水压力消散的快,更有利于软土的排水固结。建立的数值分析模型计算结果与实测数据对比相吻合,模型中μ、k和M参数对模型的敏感性较强,应在现场取样并通过室内或现场试验提供数据计算取值。研究成果可为寒区软土地基公路设计和施工质量控制提供理论依据。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-13
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
    1.2.1 国外研究现状  10
    1.2.2 国内研究现状  10-12
  1.3 研究目的及意义  12
  1.4 研究内容  12-13
2 寒区软土工程性质试验分析  13-19
  2.1 工程概况  13-14
  2.2 试验段工程地质条件  14-15
    2.2.1 试验段水文地质概况  15
    2.2.2 岩层及工程地质概况  15
  2.3 寒区软土与沿海地区软土工程性质对比  15-18
    2.3.1 寒区软土工程性质室内试验  16-17
    2.3.2 不同区域软土工程性质对比分析  17
    2.3.3 寒区软土的工程特性  17-18
  2.4 本章小结  18-19
3 软土地基变形监测与分析  19-37
  3.1 概述  19
  3.2 试验断面的选择  19
  3.3 试验段软土地基的综合治理措施  19-21
    3.3.1 试验段的综合治理方法  19-20
    3.3.2 竖向排水法加固软土地基机理  20-21
  3.4 观测仪器的工作原理与埋设技术  21-24
    3.4.1 竖向位移监测与埋设技术  21-22
    3.4.2 水平位移监测与埋设技术  22-23
    3.4.3 孔隙水压力监测与埋设技术  23-24
  3.5 现场监测结果分析  24-35
    3.5.1 测点布设及监测频率  25
    3.5.2 竖向位移现场监测结果分析  25-29
    3.5.3 水平位移现场监测结果分析  29-30
    3.5.4 水平位移的影响因素  30-33
    3.5.5 孔隙水压力监测结果分析  33-35
  3.6 本章小结  35-37
4 寒区公路软土地基变形数值模拟分析  37-62
  4.1 概述  37
  4.2 数值分析的发展  37-41
    4.2.1 有限元法  37-38
    4.2.2 ABAQUS有限元软件简介  38-39
    4.2.3 ABAQUS用于岩土工程问题的特殊单元  39-41
  4.3 软土的本构模型  41-44
    4.3.1 Drucker-Prage模型  41-42
    4.3.2 修正剑桥模型  42-44
  4.4 工程实例分析  44-51
    4.4.1 砂井地基的平面应变简化方法  44-46
    4.4.2 有限元计算模型  46-47
    4.4.3 土体的计算参数  47-48
    4.4.4 砂墙的计算参数  48
    4.4.5 荷载的确定  48-49
    4.4.6 车辆荷载作用的基本假定  49-50
    4.4.7 ABAQUS分析步的设置  50
    4.4.8 网格划分  50-51
  4.5 计算结果及分析  51-55
    4.5.1 竖向沉降计算及分析  51-54
    4.5.2 水平位移计算及分析  54-55
  4.6 计算模型中各参数敏感度分析  55-61
    4.6.1 泊松比的影响  56-57
    4.6.2 初始孔隙比的影响  57
    4.6.3 压缩曲线斜率的影响  57-58
    4.6.4 回弹曲线斜率的影响  58-59
    4.6.5 临界状态线斜率的影响  59
    4.6.6 表征屈服面帽子曲度常量的影响  59-60
    4.6.7 屈服应力比的影响  60-61
  4.7 本章小结  61-62
结论  62-63
参考文献  63-66
攻读学位期间发表的学术论文  66-67
致谢  67-68

寒区公路软土地基变形现场监测及数值分析

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