考虑高填方蠕变特性的高速公路路基沉降规律研究

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随着我国“一带一路”发展战略的实施,高等级公路建设逐渐由平原转入山区,高填方路基应运而生。其填筑高度高、填方量大,使得路基沉降大、稳定慢、易发生不均匀沉降,从而产生纵横向开裂、滑动或坍塌等病害。路基填料性质复杂,特别是填料的蠕变特性对路基沉降特性影响显著。因此,在考虑填土蠕变特性的前提下研究高填方路基的沉降特性已成为当前公路工程领域研究的重点课题之一。本文在现有研究的基础上,以定西至临洮高速公路某段“V”形沟谷中的高填方路基工程为背景,针对路基填土开展了一维固结蠕变、三轴等室内土工试验,研究了路基填土的强度特性和蠕变特性;选取部分蠕变试验数据,通过拟合得到了蠕变模型的蠕变参数;利用Abaqus软件建模分析,并结合现场监测数据,研究了考虑填土蠕变效应时高填方路基的沉降规律,为该段高填方路基工后沉降计算和预测提供理论参考。主要结论如下:(1)通过矿物成分分析试验、颗粒分析试验、击实试验等,获得了路基填土物理力学参数。通过三轴(CD)试验研究了填土强度特性,含水率越大,抗剪强度越小;围压越大,土样抗剪强度越大。(2)通过一维固结蠕变试验,研究了含水率对路基填土蠕变特性的影响,路基填土的应变—时间曲线呈非线性特征,随着含水率和竖向荷载的增大,试样应变增大,蠕变效应明显,从初始蠕变阶段到稳定蠕变阶段需要的时间增多。(3)通过蠕变试验次固结阶段数据的应力—应变—时间曲线,拟合了蠕变模型的蠕变参数。以工程实例为原型,建立高填方路基模型模拟分析,路基等深线处的各点沉降曲线呈“盆”状,距中轴线越远沉降越小;路基填筑高度越高,路基沉降和填筑体横向位移越大;沿路基中心竖向,路基的最大沉降发生在中心线1/4处。(4)路基填土的蠕变效应对路基沉降的影响显著,同一时刻,考虑蠕变效应时的路基施工时沉降大于未考虑蠕变效应时的路基施工时沉降;填筑固结时间越大,施工时沉降越大,施工后沉降则越小,填土蠕变效应越明显;含水率越大,路基任意处施工时总沉降量、施工后沉降量越大,填土蠕变效应越明显。(5)选用改进的灰色系统法GM(1.1)模型,根据路基现场监测数据获得规律性较强的曲线,建立了预测模型并预测了该段高填方路基的施工后沉降。1年后,数值模型预测的沉降为59.8mm,沉降预测模型预测的沉降为56.3mm;数值模拟、现场监测、预测模型计算的路基沉降值基本相同。
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