宽路堤作用下软土地基沉降特性分析

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我国软土广泛分布,因其工程性质特殊,需重点关注软土地基路堤的沉降变形,而随着交通量的日益增长,宽型路堤的修建日益增多,并且铁路站场、地铁车辆段、机场停机坪等各行业都存在软土地基宽路堤。宽路堤占地面积广,填方量大,如设计不当将造成严重后果,研究软土地基宽路堤的沉降变形特性,进而采取有针对性的工程对策具有突出的理论意义和应用价值。本文围绕宽路堤荷载作用下软土地基沉降特性,主要开展了以下工作:(1)通过文献调研、工程调研,整理了公路、铁路、地铁、机场工程等行业国内外软土地基新建宽路堤工程典型案例,调研了这些工程通过现场观测、离心模型试验等获得的沉降特性。宽路堤软土地基的沉降与窄路堤存在显著的差别,宽路堤软土地基沉降呈现出明显的路堤中心线处小的“马鞍”型,而窄路堤地基面沉降表现为典型的“弯沉盆”型。(2)评析了既有的软土地基新建宽路堤判识方法、指标、标准等;通过算例,横向比较了这些判识方法、指标、标准各自的特点,推荐采用一维压缩区的范围来判断软土地基宽、窄路堤类型。(3)阐述了软土地基路堤沉降计算面临的技术挑战,针对PLAXIS、BCF两款基于Biot固结理论而开发的有限元软件,从前处理(包括材料模型、单元剖分、初始条件、边界条件、施工模拟等)、计算过程、后处理等应用层面出发,讨论了各自的特点,推荐后续数值模拟优先选用PLAXIS软件。(4)基于PLAXIS有限元软件,构建了软土地基宽、窄路堤沉降计算非线性数值模型,分析了软土地基在宽、窄路堤荷载作用下的稳定性、地基面沉降、路基面沉降、路堤坡脚处地基剖面侧向位移、软土地基内超孔隙水压等分布规律。(5)采用有限元软件PLAXIS,在前文所建立的宽、窄路堤数值模型基础上,开展参数敏感性分析,讨论了横断面几何参数、软土的材料参数以及路堤施工参数等对宽路堤软土地基沉降规律的影响。(6)整理了国内公路行业技术规范关于软土地基路堤沉降计算的条文,结合某一具体算例,论证了常规的规范解析法、理正岩土软件和Settle3D软件应用于宽路堤沉降计算的可行性,讨论了唐志成、Zhang Limin所提出的宽路堤沉降解析公式的特点。两款软件虽能计算软土地基路堤的固结沉降,但是无法描述软土地基宽路堤沉降规律的典型特征。唐志成、Zhang Limin所提出的宽路堤沉降解析公式仍需要改进。
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