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工程硕士学位论文
拓宽路基差异沉降及土工
格栅处治机理的研究
硕士研究生: 石海丽
导师: 陈锐副教授
申请学位: 工程硕士
学科: 建筑与土木工程
所在单位: 深圳研究生院
答辩日期: 2012 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
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: 624
Dissertation for the Master Degree in Engineering
MECHANISMS OF DIFFERENTIAL SETTLEMENT
OF WIDENED EMBANKMENT AND ITS
TREATMENT BY GEOGRID
Candidate: Shi Haili
Supervisor: Associate Prof. Chen Rui
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Architecture and Civil Engineering
Affiliation: Shenzhen Graduate School
Date of Defence: June, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
摘要
近年来,随着交通量的增加,现有道路的通行能力已不能满足要求,对原道
路进行拓宽是解决此问题的有效方法。拓宽道路中,新老路基及其下地基由于固
结程度不同,总应力和孔压受到的影响不同,导致变形不同,从而产生差异沉降,
容易引起路面开裂。分析差异沉降的作用机理,对于掌握裂缝开展的原因从而采
取有效的措施至关重要。本文采用有限元软件 ABAQUS,选用 Mohr-Coulomb 模
型,用平面应变孔压单元,对新老路基拼接采用 surface-to-surface contact 进行模
拟,使用流体渗透/应力耦合瞬态分析步进行固结沉降计算。对拓宽路基差异沉降
机理进行分析,并对影响差异沉降的因素进行分析,最后对拓宽路基中铺设土工
格栅的处治效果和机理进行分析,并给出参数优化结果。主要研究内容及结论如
下:
(1) 验证了 surface-to-surface contact 接触模拟新老路基接触界面的可行性。用
tie 和 contact 模拟新老路基拼接面时,两者沉降规律相同,沉降数值不同。用 tie
和 contact 模拟的路基边坡侧向位移趋势相同,contact 模拟的边坡侧向位移大于 tie
连接。在拼接面上,tie 连接比 contact 模拟传递的竖向应力、水平应力和剪应力大,
contact 可以模拟拼接面的薄弱。
(2) 新老路基由于离新路自重荷载和车道荷载的作用位置不同,因此,总应力
和孔压受到的影响不同,导致有效应力的变化不同。有效应力的变化使土体发生
变形,各个位置处土体变形不同从而产生差异沉降。表层软基中的压缩变形是产
生沉降的主要原因,在新路修筑完成时、工后通车时、工后通车运营 9 年时,该
层产生的差异变形量分别占整个模型的 %、%、%。新路修筑,改变
老路路拱横坡,路拱横坡度增加值在路肩处达到最大,为 %,超过容许值。工
后刚通车时,新老路基拼接处路拱横坡度增加值达到 %。工后通车运营 年
左右,孔压消散完成,道路沉降达到稳定,此时,新老路基拼接处路拱横坡度增
加值为 %。
(3) 本文分析中,随着路堤填筑高度的增加,新老路整体沉降和最大路拱横坡
度增加值都增大,但最大差异沉降有少量地减小。拓宽宽度增加,整体沉降量和
差异沉降都增加。搭接边坡角的增大,老路基沉降差别不大,新路基沉降增大,
因此,差异沉降和最大路拱横坡度增加值都增大。最大沉降的位置随着搭接边坡
角的增大,逐渐向新路基坡脚处移动,搭接边坡角为 1:1 时,最大沉降在新路路
肩处。单侧拓宽和双侧拓宽对老路沉降的影响差别不大,但对于新路沉降的影响,
单侧拓宽明显大于双侧拓宽。
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哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
(4)土工格栅铺设在新路基中,对老路及其下地基基本没有影响,它增加了传
递到其铺设位置下的水平压应力