交通荷載引起的軟基低路堤高速公路長期沉降研究

《交通荷載引起的軟基低路堤高速公路長期沉降研究》是依託浙江大學，由徐長節擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：交通荷載引起的軟基低路堤高速公路長期沉降研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：徐長節
• 項目類別：面上項目

項目摘要

本課題利用英國GDS空心圓柱扭剪儀和自主研發的交通荷載模型試驗裝置，以軟基低路堤高速公路的長期沉降為工程背景，針對飽和軟粘土在超載預壓和交通荷載作用產生的超固結特性，考慮交通荷載大周數、低幅值、主應力軸連續旋轉的特點，研究交通循環荷載作用下考慮主應力軸連續旋轉的超固結飽和軟粘土的動強度、變形特性，確定不同條件下超固結飽和軟粘土的應變和孔壓發展規律，揭示超載預壓時間和卸載速率對超固結飽和軟粘土動力特性影響，探索超固結飽和軟粘土地基在大周數循環荷載下的工作機理，從而更準確的反映超固結飽和軟粘土在交通荷載作用下的工作性狀。在此基礎上，引入反應超固結土動力特性和主應力軸旋轉的參數，建立交通荷載作用下超固結土沉降計算經驗方程，結合交通荷載模型試驗裝置對提出的經驗方程進行驗證和最佳化，提出交通荷載作用下超固結飽和軟粘土的沉降計算理論。本課題具有廣泛的工程套用前景和重大的經濟價值。

結題摘要

本研究項目針對低路堤高速公路在運營過程中的工後沉降問題進行深入的分析研究。低路堤高速公路由於路堤高度低，交通荷載產生的動應力不能在路堤中充分擴散再傳遞到地基上，導致地基土受到交通荷載的循環往復作用，因而加劇了地基的沉降變形。現有的沉降計算方法不能較為準確地預測這種長期沉降的主要原因是現有理論沒有考慮交通荷載的移動特性，以及長期往復、低頻、低幅動荷載對飽和軟粘土的作用。基於此，本課題採用空心圓柱扭剪儀，考慮交通荷載在地基內部產生的主應力軸旋轉特性，系統性地定量研究循環荷載作用下軟粘土的動強度、孔壓累積、以及變形特性，揭示主應力軸旋轉效應對軟粘土動力特性影響。根據試驗結果，考慮主應力軸旋轉效應，提出了一種修正的Monismith經驗方程，並在有限元軟體中成功套用。運用本研究成果，計算了越江隧道在交通荷載作用下的運營期沉降。軟粘土存在顯著的時間相關特性，現有的沉降計算方法未能考慮軟粘土的時間特性及蠕變產生的固結沉降。本課題進行了大量固結試驗，提出一個更優的描述黏土非線性蠕變的方法，分析了率相關係數、蠕變係數以及應力鬆弛係數之間的關係，得到了三者的關鍵參數之間的特定關係。成功將非線性蠕變計算方法在有限元中套用，計算了某路堤下軟粘土蠕變產生的固結沉降。本項目研究還採用了自主研發的“交通荷載模型試驗裝置”進行室內模型試驗，並與上文計算方法進行對比，驗證方法計算的正確性。於此同時，開展了解析解研究，對任意荷載下土體固結問題進行分析，針對成層土體、參數隨深度變化土體、以及變孔壓排水邊界條件等複雜情況，進行了計算，成果拓展了原有解析解。本項目研究有助於深入認識軟粘土在交通荷載作用下的沉降規律，研究成果在工程中可以指導低路堤高速公路設計，對岩土工程、交通工程和基礎工程的發展具有較重要的意義。