【博士】粉土路基穩(wěn)定理論與工程應用技術研究【2006】

內容簡介

　　學科專業(yè)：巖土工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：東南大學　　學位年度： 2006年　　在粉土地區(qū)的高速公路建設中，從粉土的基本特性出發(fā)，尋求合適的穩(wěn)定材料與穩(wěn)定方法，分析交通荷載作用下穩(wěn)定粉土路基變形特性，對高速公路設計與施工具有重要的理論意義和實際價值?！　”疚慕Y合江蘇地區(qū)高速公路建設，對區(qū)域性粉土進行了大量室內試驗工作，系統(tǒng)研究了粉士的工程特性。從提高粉土本身的強度著手，同時考慮粉土的水穩(wěn)定性、抗收縮性等性能，深入研究了粉土的固化機理，提出了粉土固化材料的可能組分：通過室內初步選擇試驗、正交試驗、優(yōu)化試驗和多種穩(wěn)定材料的對比試驗，結合固化劑與粉土相互作用的微觀分析，得到高性能粉土固化劑(SEU一2型)的最佳配比；根據多種粉土穩(wěn)定材料填筑路堤的實體試驗，摻入4％SEU-2型固化劑的穩(wěn)定粉土路基具有優(yōu)良的物理力學性能和路用性能；針對粉土路基邊坡的特性，通過室內外試驗工作，研制成功既能有效地防治邊坡沖刷破壞，又能有助于植物生長的液體固化劑(SEU-1型)。論文分析了交通荷載的特性，根據屈服面和加載面的概念和循環(huán)荷載下土體的變形特征改進了土體經典的彈塑性模型，以反映循環(huán)荷載作用下土體變形逐步累計的變化規(guī)律。運用FLAC3D中的FISH語言編制了相應的計算程序，分析了交通荷載作用下穩(wěn)定粉土路基的三維動力響應，研究了土體參數對路基變形的影響。論文最后還分析了鹽通高速公路采用不同路基設計方案時的變形和應力，確定了最優(yōu)設計方案。論文主要研究成果包括：　　1．系統(tǒng)研究了區(qū)域性粉土的基本特性，針對粉土路基穩(wěn)定出現(xiàn)的問題，從增強粉土穩(wěn)定的膠凝效應和填充效應出發(fā)，深入研究了粉土的固化機理。通過大量的室內外試驗，成功研制了適合于區(qū)域粉土穩(wěn)定的新型固化劑(SEU-2型)，該固化劑不僅具有良好的物理力學性能和路用性能，而且具有較高的性價比?！　?．成功研制了適合于粉土路基邊坡防護的液體固化劑(SEU-1型)，該固化劑不僅能有效地防護粉土路基邊坡沖刷破壞，而且能有助于植物的生長?！　?．根據交通荷載作用下道路結構的基本特性，提出了能夠反映土體在重復荷載作用下變形特性的彈塑性模型，并運用尼』尸軟件中的FISH語言編制了相應的計算程序，分析了土體的阻尼參數、彈性模量、粘聚力和內摩擦角等參數對土體位移的影響。在單次半正弦荷載作用下，殘余位移和土體的最大位移及其比值都隨士體的阻尼參數、彈性模量、粘聚力和內摩擦角的增加而減小，在這些參數中，以粘聚力和內摩擦角對位移的影響最顯著。在重復荷載作用下，土體在最初幾次加卸載循環(huán)中的殘余變形較大，隨著循環(huán)次數的增加，加載壓縮和卸載回彈變形逐漸接近，土體逐步表現(xiàn)出彈性變形的特點。　　4．對鹽通高速公路穩(wěn)定粉土路基的不同設計方案進行了動、靜荷載下路基的變形和應力分析。在靜力荷載下，路面位移和天然土層頂面處的應力在方案2時最小，其次為方案7，方案1、3、5計算結果相近；在壓實土層頂面和天然土層頂面，不同方案的位移分布特征及大小順序與路面相同，但數值較小；在荷載作用點應力最大，但隨著深度應力很快衰減：在動力荷載下，由于阻尼的存在，路基中不同深度處的位移隨時間迅速衰減，并具有相似的變化過程，不同方案的路基在2．5s后基本都達到應力穩(wěn)定。綜合分析，方案3(二灰土底基層+20cm 4%固化劑+40cm 6％石灰+壓實土)為最優(yōu)設計方案?！　?

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