人工河流路段高填土路基变形与强度研究

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在人工河流路段修建高速公路,需要在人工河流上建造桥梁,并在河流两端修建高填土路基。近年来,为了满足一定的设计要求,路堤填筑高度愈来愈大。随着路基填筑高度的增大,土体对桥台的作用力不断加大,对桥台造成了很大的危害;不均匀变形及稳定问题也越来越突出。于是,高填土路基的变形和强度,包括沉降变形、稳定性、桥头跳车和桥台土压力便成了有关工程部门关心的问题。 软土路基变形和强度问题是多年来困扰公路行业的一大难题,越来越引起全国公路建设、设计、监理等部门的重视。有些人工河流路段的地质条件复杂,普遍存在大量的软土层。根据现行规范定义<[1],凡天然孔隙比大于1.0,且天然含水量大于液限的细粒土应判定为软土,包括淤泥、淤泥质土等。软土的天然含水量大于液限,孔隙比大于1.0,说明软土的状态都属流塑状态,土的力学性质很差。人工河流路段的土层虽然有的并不属于软土,但许多河流路段的土层孔隙比大于1.0,含水量也比较高,这对高填土路基十分不利。例如,如果桥台与相邻路堤因显著的不均匀沉降而错位,将引起桥头跳车现象,严重影响公路的正常运行。因此,在人工河流路段修筑高填土路基,需要加强对高填土路基变形和强度的研究。 为此,本文以山东省道353线的马颊河桥引道路基为例,对人工河流路段的高填土路基的变形和强度进行研究。本文采用Drucker-Prager屈服准则,以非线性有限元理论为基础,建立了针对人工河流路段高填土路基结构的二维和三维计算模型,对人工河流路段的高填路基的变形、稳定性、桥头跳车和桥台所受的土压力进行分析。本文主要进行以下研究工作: 1、建立了高填土路基的二维模型,利用非线性有限元理论和大型有限元软件ANSYS,对高填土路基沉降的变化规律进行了分析;计算出路基和桥台的沉降差,并对桥头跳车进行了分析。 2、建立了高填土路基和桥台的二维模型,利用弹塑性有限元强度折减法和ANSYS,对该地区高填土路基的安全系数及桥台所受的土压力进行了分析。 3、建立了高填土路基的三维模型,运用了空间整体非线性有限元分析的方法和ANSYS,对高填土路基的沉降的变化规律、稳定性和桥头跳车进行了分析。
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