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洞庭湖区软土硬壳层路基的沉降计算方法与承载特性研究

作　者: 杨彬
导　师: 曹喜仁
学　校: 湖南大学
专　业: 岩土工程
关键词: 硬壳层软土沉降改进Vlasov地基侧向位移现场试验
分类号: U416.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

目前,随着我国经济建设的高速发展,我国将修建大量的高速公路,而软土及软土硬壳层地基在有些高速公路途经地区具有广泛的分布。在荷载作用下,硬壳层与软土将形成一个整体承载体系,这使得地基的沉降变形规律同软土地基有着明显的不同。然而现阶段我国对硬壳层软土地基沉降变形规律的系统研究还比较稀少,且由于问题的复杂性,对硬壳层的扩散效应以及硬壳层对地基沉降的影响规律也只是停留在工程实测分析阶段而缺少定量的理论解答。为此,本文以湖南省省道S204南县至茅草街(复线)公路工程为依托,深入研究洞庭湖区软土硬壳层路基的沉降变形规律与承载特性以及硬壳层的应力扩散作用。本文在总结并借鉴前人研究成果的基础上,采用室内土工试验与现场原位测试相结合的方法,深入研究了洞庭湖区硬壳层与下卧软土层物理力学特性的差异,并基于弹性地基上梁的理论,建立了考虑地基侧向位移的改进Vlasov地基模型,研究了硬壳层软土地基的沉降变形规律。主要成果和结论如下：首先,针对洞庭湖区典型的软土硬壳层地基进行大量取样,然后进行室内土工试验,并结合该地区的工程地质勘察资料,研究了硬壳层与下卧软土层的力学性能的差异以及两者物理力学特性沿深度的变化规律,提出了洞庭湖区硬壳层厚度的判别方法。其次,考虑到硬壳层的“壳体效应”与应力扩散作用,基于弹性地基梁理论,本文将软土地基看作是线弹性各向同性体,硬壳层为置于其上的有限宽无限长的板,并给出了考虑地基侧向位移的改进Vlasov地基上梁的解。将地基的侧向及竖向位移函数进行变量分离,根据最小势能原理,得到荷载作用下梁、弹性地基位移以及位移衰减函数的控制微分方程。然后引入无量纲参数γ1-γ4,通过迭代程序求得梁和地基的侧向与竖向位移以及位移衰减函数,并进行了参数分析。再将成果运用于工程实例分析,并与实测结果和其他方法计算结果进行对比,表明本文方法的合理性与可行性。最后,本研究选取了不同硬壳层和软土厚度的路段进行现场试验,研究了硬壳层及其下卧软土层的承载特性与沉降变形规律以及加载过程中土压力和孔隙水压力的变化情况。试验结果证明了硬壳层的应力扩散作用并得出其沉降变形的线弹性、弹塑性和极限状态的三个发展阶段及其破坏形式。将本文的沉降变形和附加应力的理论计算值和现场试验实测值进行对比分析,表明了本文理论的合理性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-22
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 本文的研究对象  11-14
    1.2.1 软土的分类与工程特性  12-13
    1.2.2 硬壳层成因与工程特性  13-14
  1.3 硬壳层软土地基的国内外研究现状  14-20
    1.3.1 国外研究状况  14-15
    1.3.2 国内研究状况  15-16
    1.3.3 硬壳层的作用分析  16-17
    1.3.4 硬壳层地基承载力及破坏模式的研究现状  17-18
    1.3.5 路堤沉降计算理论研究现状  18-19
    1.3.6 双层地基固结沉降变形规律的研究现状  19-20
  1.4 本文研究的内容及方法  20-22
第2章硬壳层与下卧软土的基本性能研究  22-35
  2.1 概述  22
  2.2 工程地质条件概况  22-23
    2.2.1 地层岩性  22-23
    2.2.2 水文地质条件  23
  2.3 硬壳层与下卧软土的基本物理性质研究  23-29
    2.3.1 土体的颗粒组成  24-25
    2.3.2 土的密度、孔隙比及天然含水量  25-26
    2.3.3 土的液塑限及比重  26-27
    2.3.4 土的固结试验  27-28
    2.3.5 土的剪切试验  28-29
  2.4 土的基本物理性质指标随深度的变化规律研究  29-33
    2.4.1 土的密度、孔隙比及含水量随深度变化规律的研究  29-31
    2.4.2 土的压缩性随随深度变化规律的研究  31-32
    2.4.3 土的承载性状随随深度变化规律的研究  32-33
  2.5 硬壳层的确定原则  33-34
  2.6 本章小结  34-35
第3章公路软土硬壳层路基承载性状的理论模型研究  35-54
  3.1 概述  35-36
  3.2 计算模型  36-37
  3.3 分析方法  37-40
  3.4 求解过程  40-46
    3.4.1 位移衰减函数的求解  40-41
    3.4.2 地基位移的求解  41-46
  3.5 参数分析  46-51
    3.5.1 影响位移衰减函数的参数分析  46-47
    3.5.2 不同泊松比v_S的影响  47-48
    3.5.3 地基厚度与梁长之比H/L的影响  48-49
    3.5.4 梁与地基模量之比E/E_S的影响  49-50
    3.5.5 梁高与地基厚度之比d/H的影响  50-51
  3.6 应用实例分析  51-53
  3.7 本章小结  53-54
第4章硬壳层软土路基沉降规律的现场试验研究  54-73
  4.1 概述  54
  4.2 试验方案的设计  54-57
    4.2.1 场试验拟测试的内容  54-55
    4.2.2 现场试验点的选取  55
    4.2.3 现场测试装置  55-57
  4.3 土压力盒与孔隙水压力计的的埋设  57-59
    4.3.1 土压力盒的埋设  57-58
    4.3.2 孔隙水压力计的埋设  58-59
  4.4 天然硬壳层路基的应力扩散作用及沉降规律研究  59-70
    4.4.1 地基附加应力的传统计算方法  59-60
    4.4.2 硬壳层对附加应力的扩散作用  60-61
    4.4.3 硬壳层路基应力扩散作用及沉降规律的现场试验研究  61-70
  4.5 无硬壳层的天然软土地基沉降规律的现场试验研究  70-72
  4.6 本章小结  72-73
结论与展望  73-75
参考文献  75-80
致谢  80

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