往復交通動載下飽和軟黏土地基安定性機理研究

《往復交通動載下飽和軟黏土地基安定性機理研究》是依託同濟大學，由錢建固擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：往復交通動載下飽和軟黏土地基安定性機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：錢建固
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

長期以來，交通動載下地基累計沉降計算是基於試驗觀察的經驗方法，並獨立於動力強度分析。本課題擬將Melan下限分析安定理論引入到飽和軟黏土路基分析中，結合試驗研究及動力數值分析探討長期往復交通動載下飽和軟黏土的安定性機理。將飽和黏土塑性硬化機理引入到Melan安定理論框架中，將經典的彈性安定、塑性安定及其中間安定狀態統一在運動硬化屈服的安定理論框架中。採用無限元人工邊界的動力有限元技術模擬高速移動下飽和地基的動應力效應，基於場地動應力路徑開展循環扭剪試驗以獲取殘餘塑性應變，基於安定極限準則獲得長期往復交通動載下地基中極限殘餘應力（以獲得殘餘彈性應變），將總殘餘應變視作彈塑性數值疊代的初應變建立路基運營沉降的等效黏塑性有限元預測方法，研究交通動載下軟黏土彈-塑性安定狀態對應的累計變形，形成基於變形控制的軟黏土地基安定性理論框架，為軟黏土路基結構設計從經驗方法向理論框架轉變提供理論支撐。

結題摘要

往復交通動載下，軟土路基產生過大沉降或沉降差，進而誘發路基沉陷、車轍、裂縫等工程災害，目前路基災害控制的設計方法是以工後沉降允許值為控制目標。然而，由於交通荷載屬於大數目往復移動荷載，循環次數可達幾十萬乃至幾百萬次，荷載移動誘發主應力軸偏轉誘發地基土剛度弱化、車輛制動及路面不平順性還將在路基中產生不可忽略的動力回響。對於這一複雜的交通岩土課題，既有的試驗技術無法再現交通動載下地基土真實應力路徑，現有沉降計算理論預精度差，無法為路基工後沉降的定量控制提供技術支撐，同時又缺乏可靠的動力強度理論對交通動載下路基極限承載性能予以合理的預估。本項目綜合套用了解析理論與數值方法，研發了循環扭剪單元試驗、常重力及超重力軟黏土路基模型試驗技術，並提出了動力安定下限理論，針對交通動載下軟黏土地基的動應力回響機制、累計變形（孔壓）演變規律、運營沉降及差異沉降的計算方法，軟黏土安定行為的判別準則及路基安定極限荷載的求解方法等關鍵性問題開展了系統的研究。首先，開展高速移動荷載下軟土路基動應力回響分析，分別套用解析與數值方法建立了車輛-路面（基）-地基動力耦合體系的分析模型，獲得了交通動載下柔性與剛性層狀路基體系的三維動應力回響規律；其次，開展了土單元動態扭剪試驗、常重力與超重力模型試驗，從不同尺度揭示交通動載下飽和軟黏土的變形弱化機理及累計變形演化規律，獲得了大數目交通循環動載下軟黏土安定狀態的判別方法；此外，基於循環剪下單元體試驗，建立了交通動載下飽和土累計變形（孔壓）的顯示模型，並採用初應變有限元技術，建立了交通動載下飽和軟黏土路基沉降（沉降差）的定量分析方法；最後，以經典的Melan靜力下限安定理論為基礎，構建了動力下限安定理論框架，發展了一套無限元人工邊界的動力有限元技術，實現了高速交通動載下軟土路基動力安定極限荷載的定量評估。