【博士】异型断面路基工程特性及其上承路面结构行为的研究【2005】

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内容简介

　　学科专业：道路与铁道工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：西南交通大学　　学位年度： 2005年　　近年来，随着我国交通设施基础建设的深入开展，高等级公路、铁路建设中更频繁地碰到了异型断面路基路面的修筑问题，但异型断面路基极易造成各类路基路面病害。从总体上看，国内关于异型断面路基路面整体设计的理论研究还处于起步阶段，严重制约异型断面路基上承路面工程的建设质量和建成后的长期使用性能。开展西南山区填挖过渡段路基路面整体设计方法的研究，对于提高路基路面结构设计水平，避免路基上承结构的早期破坏，保证路面使用寿命，都有重要的经济和技术意义。　　本文在教育部优秀青年教师资助计划项目“异型断面路基路面综合设计理论研究”(项目编号：1900)、四川省交通厅科研项目“新老路基不均匀沉降对路面长期性能的影响”、西部交通建设科技项目“高原湿地郎川公路修筑及环境保护技术研究”(项目编号：200431800054．3)及铁道部科技发展计划项目“渝怀线斜坡软弱地基填方工程特性及工程技术研究”(项目编号：2001G011)等的资助下，对异型断面路基路面综合设计理论进行了较系统、深入的研究，主要研究内容有：　　(1)国内首次提出了异型断面路基的概念，将横向半填半挖路基、纵向填挖过渡式路基及纵横空间填挖过渡式路基三者定义为狭义的异型断面路基，广义的异型断面路基尚包括斜坡路基、旧路拓宽及桩基承台式路基等。　　从总体上看，异型断面路基具有一些共同特点：由于断面(包括横断面或纵断面)上几何或材料的异型，将导致断面上易产生差异变形(包括工后沉降和重复荷载作用下的永久变形)，而差异变形将对上承结构(路面、轨道、道面)产生附加力学响应，直接导致上承结构的使用寿命大大缩减。　　(2)结合国道108线广北段、四川绵广高速公路、318国道川藏线、109国道青藏线等实地路况调查及既有文献资料，详细论述了异型断面路基路面的病害现象及成因分析。异型断面路基路面病害的机理可以归纳为两大类：　　即路基稳定性不足导致的损坏和填挖方路基不均匀沉降引起的损坏。路基滑动和支挡结构破坏是稳定性不足的反映，而路面损坏的主要原因则是由于填挖方路基差异沉降引起。　　(3)针对一横向半填半挖路基，运用强度折减法，基于FLAC／SLOPEVersion4．0软件平台，分析了因填挖结合部存在着的相对软弱带对路基稳定性的影响，全面探讨了破坏面性态、安全系数值随软弱带与地基粘聚力之比值而逐渐演变的过程。针对一横向半填半挖异型断面路基，基于软件平台，进行了同时受横向、竖向地震荷载作用的路基地震动力响应分析，全过程探讨了异型断面路基在地震荷载作用下的动力特性及稳定性。　　(4)较系统搜集整理了现行国内外相关技术规范及路面力学计算机程序，论述了它们在处理异型断面路基路面整体设计与分析上存在的不足。　　(5)建立起沥青混凝土路面结构对半填半挖路基不协调变形力学Ⅱ向应的平面有限元模型，利用基于路基不均匀变彤的平面有限元法对异型断面路基沥青路面进行结构分析，系统研究了不均匀沉降量，不均匀沉降长度及路面结构层参数对路面结构附加力学响应的影响；通过正交设计，对路面结构层进行优化设计以改善路面结构的不利受力状态。　　(6)利用路面力学专业有限元软件KENPAVE。建立起能考虑不均匀沉降对水泥路面附加影响分析的有限元模型，研究了路基不均匀沉降对波特兰水泥混凝土路面(PCCP)的附加力学响应。　　(7)提出了异型断面路基路面病害防治的基本技术思想，即在保证路基稳定的前提下，应尽可能控制填挖方路基的差异变形，同时必须从路基、路面、支挡、防排水等各方面进行综合考虑，统一规划；并以318国道四川境内二郎山至康定段改造为工程背景，国内首次通过室内大型土工离心模型试验，比较了土工格栅、压实系数等对减小异型断面路基工后沉降及差异沉降的效果：结合既有文献，系统阐述了异型断面路基路面病害防治的各种工程措旌．包括：建造支挡结构，直接修补裂缝，改善填土土质，注意填挖结合部位的特殊处理，注意加强防排水，设置预留沉降量、设置过渡段、多种措施综合处治、选用合理路面结构、路面结构加筋及使用轻质填土等。　　

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