（岩土工程专业论文）路堤荷载下公路软基侧向变形规律研究.pdf

路堤荷载下公路软蕈侧向变形规律研究 路堤荷载下公路软基侧向变形规律研究 专业名称：岩土工程 姓名：吴少勇 指导老师：汤连生教授 摘要 我国沿海地区广泛分布较深厚的海相、滨海相淤泥和淤泥质软十，具有高含水量、高 压缩性、低强度、低渗透性和高灵敏度等特点，地基稳定性差。软土路基的变形除了竖向 沉降变形外，还有侧向变形。因为一般路段的长宽比l b 耋1 0 ，属于平面应变问题，随着 路基内竖向应力、水平应力和剪应力的增加和塑性区的开展，地基土产生侧向位移，并在 施工期和运行期( 工后) 长期存在。在软土地区修建高等级公路，路基的变形与稳定是最 突出的两大问题。岩土工程师们不仅要关心路基本身的沉降变形，而且要十分关注路基的 侧向变形问题。在实际工程中，如高速公路桥头，常常由于路堤堆载超载引起土层侧向位 移，导致相邻桩基产生水平偏位，从而引起桥梁等结构功能失效或引发事故。 ( 1 ) 基于目前软基侧向变形理论的研究，首先进行了文献综述，总结现有的软基侧 向变形分析理论、试验成果和计算方法，分析了软土路基侧向变形的主要影响因素。 ( 2 ) 简要介绍了软土蠕变理论，采用孙钧的理论，采用非线性弹簧代替麦钦特模型 中的线性弹簧修正麦钦特模型，使改进的麦钦特模型能描述软土同结过程中的非线性蠕变 特性，将非线弹粘性模型和比奥固结理论耦合计算路堤堆载下公路软基侧向位移，根据有 限元求解了非线性弹粘性b i o t 固结侧向变形的方法，推导出了考虑软土流变和渗流的二维 固结过程中路堤荷载下公路软基侧向变形有限元求解的表达式，并采用f o r t r a n 语言编制 了路堤荷载下公路软基侧向变形有限元计算程序。 ( 3 ) 采用二维平面有限元程序p l a x i s 对路堤堆载施工中公路软基的侧向变形进行了 数值分析，建立了典型的路堤堆载施工有限元计算模型，分析了有限元计算参数对软基侧 向变形的影响。得出随着修正压缩系数z 的增大，路堤荷载下公路软基侧向变形的影响逐 渐减小；随着修正压缩系数g - 的增大，路堤荷载下公路软基侧向变形逐渐增大；随着修 正压缩系数的增大，路堤荷载下公路软基侧向变形逐渐增大，为有限元程序p l a x i s 模拟 中文摘要 广珠高速公路k i l + 1 9 6 断面的路堤堆载施工过程中计算参数的选取提供了参考。 ( 4 ) 采用二维平面有限元分析程p l a x i s 序对某高速公路k 11 + 1 9 6 断而路堤堆载施上 进行了数值模拟，将数值结果与实测结果进行对比分析，分析了路堤堆载卜公路软基侧向 变规律。根据p l a x i s 数值模拟得到路堤坡脚处横断面的侧向变形曲线可知，侧向位移变化 呈现随软基深度先增大后减小的趋势。侧向位移在堆载预压期增加迅速，每级填土荷载期 问的变化情况，而当每级填土荷载加载完毕后的预压期间，上体侧向位移开始膨胀变大； 对侧向位移与竖向位移关系曲线分析可知，存加载的过程中，竖向沉降与侧向位移吲步增 加，只是在加载初期，竖向沉降的增长明显比侧向位移要快；对路堤不同堆载高度时软基 侧向位移等值线云图分析可知，随着路堤填筑高度的增加，侧向位移分布区逐渐由坡面向 坡内发展。从路堤堆载，卜软基侧向位移场的发展情况来看，随着路堤填筑高度的增加，软 摹最大侧向位移的位置由路堤坡脚与软基交界处向淤泥质枯土层中发展，发生在路堤上肩 与脚趾中间的垂直软基部分，以该部分为对称，向两边逐渐减小，侧向位移等值线在淤泥 质粘土层较为密集，直至路堤堆载施工的结束，施工完成后，以最大侧向位移为中心，侧 向位移等值呈现出“椭圆”的形态分布于软基的淤泥质土层中。 ( 5 ) 最后，结合广东某高速公路监测数据，利用本文非线弹粘性模型和比奥固结理 论耦合侧向变形有限元计算程序k 1 1 + 1 9 6 断面侧向位移，并将计算结果与p l a x i s 有限元数 值模拟结果和k 1 1 + 1 9 6 断面监测数据进行了对比分析，随深度的增加，其水平位移逐渐 变大，即方向朝向路堤外，并在中部深度处其水平位移绝对值达到最大值，这。一点与数值 分析结果一致；但在此深度以下，其水平位移值迅速减小，与数值分析结果中减小缓慢的 形态不同。采用本文非线弹粘性模型和比奥固结理论耦合侧向变形有限元程序计算 k 1 1 + 1 9 6 断面处最大侧向位移一荷载一时间曲线，可知软基土在水平方向具有“侧向膨胀 一收缩”的变形特性。随固结过程的进行，其减小的速率越来越慢，并最终趋于恒定，从 而验证了非线弹粘性模型和比奥固结理论耦合方法计算路堤荷载下公路软基侧向变形的 正确性，为实际高速公路工程软土侧向变形预测提供较准确的理论指导。 关键词：公路软基，侧向变形、蠕变、固结、路堤荷载、数值分析 i i 路堤荷载f 公路软摹侧向变形规律研究 t h es t u d yo nt h el a wo ft h el a t e r a l d e f o r m a t i o no fs o f tg r o u n do fh i g h ，a y s u n d e re m b a n k m e n t m a j o r ：g e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n g n a m e ：w us h a o - y o n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rt a n gl i a n s h e n g a b s t r a c t o u rc o u n t r yc o a s t a la r e aw i d e l yd i s t r i b u t e sd e e p e rm a r i n ef a c i e s ，l i t t o r a lf a c i e sa n dt h es i l t a r g i l l a c e o u ss o f ts o i l ，h a st h eh i g hw a t e rc o n t e n t , t h eh i g hc o m p r e s s i o n ，l o wc h a r a c t e r i s t i ca n ds o o ni n t e n s i t y , l o wp e r m e a b i l i t ya n dh i g hs e n s i t i v i t y , t h eg r o u n ds t a b i l i t yi sb a d s o f ts o i lr o a d b e d d i s t o r t i o nb e s i d e sv e r t i c a ls u b s i d e n c ed i s t o r t i o n , b u ta l s oh a st h el a t e r a ld e f o r m a t i o n b e c a u s eo f t h eg e n e r a lr o a ds e c t i o nl e n g t ha n db r e a d t hc o m p a r e dt ol b _ r i o ，b e l o n g st ot h ep l a n es t r a i n q u e s t i o n ，a l o n gw i t ht h er o a d b e di nt h ev e r t i c a ls t r e s s , t h eh o r i z o n t a lb q a e s sa n dt h es h e a r i n gs t r e s s i n c r e a s ea n dt h ep l a s t i ca r e ad e v e l o p m e n t , t h ef o u n d a t i o ns o i lh a st h el a t e r a ld i s p l a c e m e n t , a n d t r a n s p o r t st h ed e p a r t u r ed a t ea f t e rt h ec o n s t r u c t i o nt i m e ( 1 a b o r ) t h el o n g - s t a n d i n g i nt h es o f ts o i l a r e ac o n s t r u c t i o nf i r s t - c l a s sh i g h w a y , t h er o a d b e dd i s t o r t i o na n di ss t a b l ei st h em o s tp r o m i n e n t t w om a j o rp r o b l e m s c r a ge a r t he n g i n e e r sn o to n l yw a n tt oc a r ea b o u tr o a d b e di t s e l ft h e s u b s i d e n c ed i s t o r t i o n ，m o r e o v e rm u s te x t r e m e l yp a ya t t e n t i o nt ot h er o a d b e dt h el a t e r a l d e f o r m a t i o nq u e a i o n i na c t u a lp r o j e c t , i fh i g h w a yb r i d g eh e a d ，f r e q u e n t l yb e c a u s et h e e m b a n k m e n tp i l e sc a r r i e st h eo v e r l o a dt oc a u s et h es o i ll a y e rl a t e r a ld i s p l a c e m e n t , n e i g h b o r i n g c a u s e sp i l ef o u n d a t i o nt oh a v et h el e v e ld e v i a t i o n , t h u sc a u s e st h eb r i d g ei s o s t m c t u r a l i s m m a l f u n c t i o no rt h ei n i t i a t i o na c c i d e n t ( 1 ) b a s e d0 nt h ep r e s e n ts o f tb a s el a t e r a ld e f o r m a t i o nt h e o r yr e s e a r c h , h a sf i r s tc a r r i e do nt h e l i t e r a t u r es n m m a r y , s u m m a r i z e st h e e x i s t i n gs o f tb a s el a t e r a ld e f o r m a t i o na n a l y s i st h e o r y , t h e e x p e r i m e n t a la c h i e v e m e n ta n dt h ec o m p u t a t i o n a lm e t h o d , h a sa n a l y z e & h es o f ts o i lr o a d b e d l a t e r a ld e f o r m a t i o nm a j o re f f e c tf a c t o r ( 2 ) b r i e f l yi n t r o d u c e dt h es o f ts o i ls l o wc h a n g et h e o r y , u s g st h es u nj u nt h e o r y , u s e st h e n o n l i n e a rs p r i n gt or e p l a c em e r c h a n ts p e c i a lm o d e lt h el i n e a rs p r i n gt or e v i s em e r c h a n ts p e c i a l m o d e l ，e n a b l e st h ei m p r o v e dm e r c h a n ts p e c i a lm o d e lt od e s c r i b et h es o f ts o i lt os o l i d i 母i nt h e p r o c e s st h en o n - l i n e a rs l o wc h a n g ec h a r a c t e r i s t i c ，s o l i d i f i e st h en o n l i n eb a l lc o h e r e n tm o d e la n d i 英文摘要 t h eb l o tt h e o r yc o u p l i n gc o m p u t a t i o ne m b a n k m e n tt op i l e c a r r i e st h er o a dt ob es o f tb a s el a t e r a l d i s p l a c e m e n t , s o l v e de l a s t i c - v i s c o p l a s t i cm o d e la n db l o tt h e o r y , a c c o r d i n gt ot h ef i n i t ee l e m e n t t o s o l i d i f yt h el a t e r a ld e f o r m a t i o nt h em e t h o d ，i n f e r r e dt h ec o n s i d e r a t i o ns o f ts o i lt oc h a n g e t w o - d i m e n s i o n a l l yw i t ht h et r a n s f u s i o ns o l i d i f i e st h ee x p r e s s i o nw h i c hi nt h ep r o c e s su n d e rt h e e m b a n k m e n tl o a dt h er o a ds o f tb a s el a t e r a ld e f o r m a t i o nf i n i t ee l e m e n t s o l v e d a n du s e dt h e f o r t r a nl a n g u a g et oe s t a b l i s hu n d e rt h ee m b a n k m e n tl o a dt h er o a ds o f tb a s el a t e r a ld e f o r m a t i o n f i n i t ee l e m e n tc o m p u t a t i o n a lp r o c e d u r e ( 3 ) u s e dt w o - d i m e n s i o n a ls u r f a c ef i n i t ee l e m e n tp r o c e d u r ep l a x i st op i l et ot h ee m b a n k m e n t c a r r i e si nt h ec o n s t r u c t i o nt h er o a ds o f tb a s e l a t e r a ld e f o r m a t i o nt oc a r r yo nt h en u m e r i c a la n a l y s i s ， e s t a b l i s h e dt h em o d e le m b a n k m e n tt op i l ec a r r i e st h ec o n s t r u c t i o nf i n i t ee l e m e n tc o m p u t a t i o n m o d e l ，h a sa n a l y z e dt h ef i n i t ee l e m e n tc o m p u t a t i o np a r a m e t e rt ot h es o f tb a s el a t e r a ld e f o r m a t i o n i n f l u e n c e o b t a i n sa l o n gw i t hi m p r o v e dc o m p r e s s i b i l i t yc o e f f i c i e n tx i n c r e a s i n g ，u n d e rt h e e m b a n k m e n tl o a dt h er o a ds o rb a s el a t e r a ld e f o r m a t i o ni n f l u e n c eg r a d u a l l yr e d u c e s a l o n gw i t h i m p r o v e dc o m p r e s s i b i l i t yc o e f f i c i e n t i nr c r e a s i n g , u n d e rt h ee m b a n k m e n tl o a dt h er o a ds o f t b a s el a t e r a ld e f o r m a t i o ng r a d u a l l yi n c r e a s e s a l o n gw i t hi m p r o v e dc o m p r e s s i b i l i t yc o e f f i c i e n t i n c r e a s i n g , u n d e rt h ee m b a n k m e n tl o a dt h er o a ds o rb a s e l a t e r a ld e f o r m a t i o ng r a d u a l l yi n c r e a s e s , s i m u l a t e dt h eb r o a db e a dh i g h w a yk i1 + 1 9 6c r o s ss e c t i o nf o rf i n i t ee l e m e n tp r o c e d u r ep l a x i st h e e m b a n k m e n tt op i l ec a r r i e si nt h ec o n s t r u c t i o np r o c e s st oc a l c u l a t e t h ep a r a m e t e rt h es e l e c t i o nt o p r o v i d et h er e f e r e n c e ( 4 ) u s e dt h et w o d i m e n s i o n a lp l a n e f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sp r o c e d u r e t op i l et os o m e h i g h w a yk i ! + 1 9 6c r o s ss e c t i o ne m b a n k m e n tc a r r i e st h ec o n s t r u c t i o nt oc a r r y o nt h ev a l u e s i m u l a t i o n ，c a r r i e do nt h ev a l u er e s u l ta n dt h ea c t u a lr e s u l tt h ec o n t r a s ta n a l y s i s ，a n a l y z e dt h e e m b a n k m e n tt op i l ec a n - i t st h er e a ds o f tb a s el a t e r a lt oc h a n g et h er o l e o b t a i n sf o o to fs l o p e p l a c et h ec r o s ss e c t i o nl a t e r a ld e f o r m a t i o nc u r v ea c c o r d i n gt ot h ep l a x i sv a l u es i m u l a t i o nt ob e p o s s i b l et ok n o w , t h el a t e r a ld i s p l a c e m e n tc h a n g ep r e s e n t st h et e n d e n c yw h i c hf i r s ti n c r e a s e sa f t e r t h es o f tb a s ed e p t hr e d u c e s t h el a t e r a ld i s p l a c e m e n t i np i l e sc a l r r i e st h ep r e c o m p r e s s i o nt i m e i n c r e a s et ob er a p i d ，e a c h l e v e lo fe a r t hf i l l sl o a dp e r i o dc h a n g es i t u a t i o n ，b u tw h e ne a c hl e v e lo f e a r t hf i l l sl o a di n c r e a s ef i n i s h e da f t e rp r e c o m p r e s s i o np e r i o d ，t h es o i lb o d yl a t e r a ld i s p l a c e m e n t s t a r t st oi n f l a t ec h a n g e si nab i gw a y ；t h eo p p o s i t es i d er e l a t e st h ec u r v ea n a l y s i st ot h e d i s p l a c e m e n ta n dt h ev e r t i c a ld i s p l a c e m e n tt ob ep o s s i b l et ok n o w , i nt h ei n c r e a s e p r o c e s s ，t h e v e r t i c a ls u b s i d e n c ea n dl a t e r a ld i s p l a c e m e n ts y n c h r o n i z a t i o ni n c r e a s e s ，i so n l yi nt h ei n c r e a s e i n i t i a lp e r i o d ，t h ev e r t i c a ls u b s i d e n c eg r o w t ho b v i o u s l ym u s t b eq u i c k e rt h a nt h el a t e r a l d i s p l a c e m e n t ；c a r r i e st ot h ee m b a n k m e n td i f f e r e n tp i l eh i g h l yw h e nt h es o f tb a s el a t e r a l 路堤茼载f 公路软摹侧向变形规律研究 d i s p l a c e m e n te q u i v a l e n t l i n ec l o u dc h a r ta n a l y s i s m a yk n o w , a l o n gw i t ht h ee m b a n k m e n t r e c l a m a t i o nh i g l li n c r e a s e , t h el a t e r a ld i s p l a c e m e n td i s t r i b u t i o na r e ag r a d u a l l yd e v e l o p sb yt h e s l o p ef a c et ot h es l o p ei n p i l e sf r o mt h ee m b a n k m e n tc a r r i e st h es o f tb a s el a t e r a lb i a sf i e l dt h e d e v e l o p m e n ts i t u a t i o nt ol o o kt h a t , a l o n gw i t ht h ee m b a n k m e n tr e c l a m a t i o nh i i g hi n c r e a s e ，t h es o f t b a s em o s tg r e a t l yl a t e r a ld i s p l a c e m e n tp o s i t i o nb yf o o to fs l o p ea r g i l l a c e o u sc l a yl a y e rc e n t e r d e v e l o p sw i t hs o f tb a s ej u n c t u r et ot h es i l t , o c c u r so nt h ee m b a n k m e n tt h es h o u l d e ra n dt h et o e m i d d l ev e r t i c a ls o f tb a s ep a r t i a l ，t a k et h i sp a r ta ss y m m e t r i c a l g r a d u a l l yr e d u c e st ot w on e a r b y t h e l a t e r a ld i s p l a c e m e n t e q u i v a l e n tl i n ea r g i l l a c e o u sc l a yl a y e ri s c r o w d e di nt h es i l t u n t i lt h e e m b a n k m e n tp i l e sc a r r i e st h ec o n s t r u c t i o nt h ec o n c l u s i o n ，a f t e rt h ec o n s t r u c t i o nc o m p l e t e s ，t a k e t h em o s tg r e a t l yl a t e r a ld i s p l a c e m e n ta st h ec e n t e r , t h el a t e r a ld i s p l a c e m e n te q u i v a l e n tp r e s e n t s ”t h ee l l i p s e ”t h es h a p ed i s t r i b u t e si nt h es o f i b a s es i l ta r g i l l a c e o u ss o i ll a y e r ( 5 ) f i n a l l y , u n i f i e st h eg u a n g d o n gs o m eh i g h w a ym o n i t o rd a t a ，s o l i d i f i e s t h et h e o r yc o u p l i n g l a t e r a ld e f o r m a t i o nf i n i t ee l e m e n tp r o c e d u r eu s i n g t h et h i sa r t i c l en o n l i n eb a l lc o h e r e n tm o d e l a n dc o m p a r e dt oa u s t r i a t oc a l c u l a t et h ek i1 + 1 9 6c r o s ss e c t i o nl a t e r a ld i s p l a c e m e n t , a n dt h e c o m p u t e dr e s u l ta n dt h ep l a x i sf i n i t ee l e m e n tv a l u ea n a l o g u er e s u l t a n dt h ek l ! + 1 9 6c r o s ss e c t i o n m o n i t o rd a t ah a sc a r r i e do nt h ec o n t r a s ta n a l y s i s ，a l o n gw i t ht h ed e p t hi n c r e a s e ，i t sh o r i z o n t a l d e p a r t u r e g r a d u a l l yc h a n g e si nab i gw a y , n a m e l yt h ed i r e c t i o nf a c e so u t s i d et h ee m b a n k m e n t , a n d i nt h em i d d l ed e p t hp l a c ei t sh o r i z o n t a ld e p a r t u r e a b s o l u t ev a l u em a x i m i z i n g ，t h i sp o i n ti s c o n s i s t e n tw i t ht h en u m e r i ca l a n a l y s i sr e s u l t ：b u tb e l o wt h i sd e p t h ，i t sh o r i z o n t a ld e p a r t u r ev a l u e r a p i d l yr e d u c e s , r e d u c e st h es l o ws h a p ew i t ht h en u m e r i c a la n a l y s i sr e s u l ti nt ob ed i f f e r e n t u s e s t h et h i sa r t i c l en o n - l i n ee l a s t i e - v i s c o p l a s t i cm o d e la n ds o l i d i f i e st h eb i o tt h e o r yc o u p l i n gl a t e r a l d e f o r m a t i o n f i n i t ee l e m e n tp r o c e d u r ec o m p a r e dt oc a l c u l a t et h ek i1 + 1 9 6c r o s ss e c t i o np l a c em o s t g r e a t l yl a t e r a ld i s p l a c e m e n t - l o a d - t i m e e u r v e , m a yk n o wt h es o f t b a s ee a r t hh a s t h el a t e r a l i n f l a t i o n - - 地o n t r a c t i o n ”i nt h eh o r i z o n t a ld i r e c t i o nt h ed i s t o r t i o n c h a r a c t e r i s t i c a l o n gw i t h s o l i d i f i e st h ep r o c e s sc a r r y i n go n ，i tr e d u c e ss p e e dm o r ea n dm o r es l o w , a n df i n a l l yt e n d st o c o n s t a n t l y , t h u sh a sc o n f i r m e dt h ee l a s t i c v i s c o p l a s t i cm o d e la n dt h eb l o tt h e o r yc o u p l i n gm e t h o d c o m p u t a t i o ne m b a n k m e n tl o a dc o m p a r e dt o t h er o a dt ob es o f tb a s el a t e r a ld e f o r m a t i o n a c c u r a c y , p r o v i d e st h em o r ea c c u r a t et h e o r yi n s t r u c t i o nf o rt h ea c t u a lh i g h w a yp r o j e c ts o f ts o i l l a t e r a ld e f o r m a t i o nf o r e c a s t k e yw o r d ： r o a ds o f tb a s e ，l a t e r a ld e f o r m a t i o n ，c r e e pd e f o r m a t i o n ，c o n s o l i d a t i o n ，e m b a n k m e n t l o a d n u m e d c a ia n a l y s i s v 路堤荷载下公路较基侧向变形觑律研究 原创性声明 郑熏声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导 下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明 引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经 发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全 意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：炎少勇 日期：2 0 0 7 年5 月3 0 日 路堤荷载下公路软摹侧向变形规律研究 1 1 引言 第一章绪论 我国沿海地区广泛分布较深厚的海相、滨海相淤泥和淤泥质软士，具有高含水量、高 压缩性、低强度、低渗透性和高灵敏度等特点，地基稳定性差。软土路基的变形除了竖向 沉降变形外，还有侧向变形。凶为一般路段的长宽l e l b 耋l o ，属于平面应变问题，随着 路基内竖向应力、水平应力和剪应力的增加和塑性区的开展，地基土产生侧向位移，并在 施工期和运行期( 2 1 2 后) 长期存在【2 j 1 。地基土的侧向变形不仅导致路基沉降变形和降低路 堤的稳定性，还对邻近建( 构) 筑物产生水平荷载、水平位移甚至破坏。因此，探讨路堤 荷载下公路软基侧向变形的研究方法和途径，通过现场原位测试，掌握软土路基宏观的侧 向位移分布规律；提出适合本地区实际的路基侧向变形计算公式，对指导该地区及类似地 区道路建议具有现实意义。 然而，现有设计规范中的基于单向固结理论的沉降计算方法，不能考虑软土路基由于 塑流引起的侧向位移所产生的附加沉降，致使设计计算的最终沉降量小于实际沉降量，造 成工后沉降偏大，影响工程质量。当前对这一问题研究较少的，主要是因为：( 1 ) 土体在堆 载的作用下，人们远远低估，甚至忽略了工后侧向位移效应和工后沉降效应：( 2 ) 在软土地 基中土体的蠕变效应问题由于理论较难，使工程技术人员在理论分析中不矛以考虑。但对 于公路、港口、桥梁、工业厂房等使用年限长久的构筑物，较大的侧向位移和不均匀沉降 常常引起上部结构偏位、开裂、破坏。由于软土蠕变、固结等长期效应而产生的变形在总 沉降变形量中占1 4 以上，对路基路面和上部结构物的影响不可小视。 虽然国内外一些学者对软土侧向变形有一定的认识，认为软土的侧向变形引起的沉降 就是瞬时沉降，并创立了一些估算瞬时沉降的经验公式，但深入研究的并不多。许多资料 显示，由软土侧向变形导致的地基沉降量可以占到总沉降置的2 5 左右，在软土层厚度较 大、强度较低地区，软土侧向变形量可以达到总变形量的l ，3 以上 4 1 。另外，侧向变形产生 的沉降也并非瞬时完成，而是延续相当长的时问。瞬时沉降不导致孔隙水的排出，并不等 于可以将软土看成弹性体而认为其导致的变形是瞬间完成的。软士侧向变形是一个长期的 过程，也是工后沉降的重要组成部分。 第一- 章绪论 目前，南软土侧向变形引发的工程问题日渐突出，已经受到岩土工程界高度重视。既 有的工程实践( 如沪宁高速公路、泉厦高速公路，海沧大道一期工程等) 在这方面也积累 了一些观测数据和工程经验，为路堤作用下软土地基侧向变形及其计算方法的研究提供了 r 定的技术基础。因此，准确预测和测量岛速公路施工及工后的侧向变形，对于保证高速 公路安全施上和工后正常使用具有非常重要的意义i ”。基于国内高等级公路建设的迅猛发展 的现状，软十地区的道路工程建设迫切需要掌握路堤荷载作用卜公路软基侧向变形的有关 时空变形规律、计算方法、和测量方法。 本文主要以广珠高速两线公路软基监测工程为依托。基十目前软基侧向变形理研究， 论文进一步探讨建立了考虑软十路堤堆载方式的侧向变形预测计算模型，引入非线性弹粘 性模型，将非线性弹粘性模型和比奥固结理论耦合计算路堤荷载下公路软基侧向变形，并 采用f o r t r a n 语言编制了路堤荷载下公路软基侧向变形有限元计算程序，采用二维有限元程 序p l a x i s 对路堤堆载下公路软基侧向变形进行了较详细的分析，建立了典型路堤堆载模型， 分析了有限元计算参数等影响凶素，晟后结合某高速公路侧向变形监测数据，采用二维平 面有限元程序p l a x i s 对路堤荷载作用下公路软基侧向变形进行数值模拟，将数值模拟结与实 测数据进行了对比，分析了路堤荷载下公路软基侧向变形的规律。同时，采用本文编制路 堤荷载下公路软基侧向变形有限元分析程序对广珠高速西线k i i + 1 9 6 断面侧向变形进行了 计算，将计算结果、p l a x i s 计算结果与实测数据三者进行了对比分析，验证了路堤堆载下公 路软基侧向变形有限元计算程序的正确性，从而为实际高速公路工程软土侧向变形预测提 供较准确的理论指导依据。 l 。2 软土路基侧向变形研究的方法与途径 1 2 1 土体侧向变形特性的室内试验研究 要研究地基的宏观侧向位移，首先必需研究反映土体变形特征的参数、弹性模量和泊 松比等，其中泊松比是反映土体侧向变形的重要参数。 1 2 1 1 常规三轴试验确定泊松比 十体常规i 轴试验是在保持吒不变的情况卜，加轴向虚力( q 一鸭) ，只在一个方向 上施加应力增量，而其它方向无应力增量c r 2 = c r 3 ，测出轴向应变轴向应变厶和体积应变， 路堤荷载下公路软荩侧向变形规律研究 又可推出侧向膨胀应变b 和泊松比y ： 6 ，= 姐，一，) 2 ，：一堕：塑二盟 ，0 s 。 ( 1 1 ) ( 1 2 ) 图卜1f 。暑，关系曲线嗍 常规三轴试验由于是轴对称条件，反映侧向变形的泊松比y 的物理意义只有一个，即切 线泊松比见图1 1 。吒和码方向侧向变形大小相同，实际上未考虑中主应力吒的影响嘲。 1 2 1 2 真三轴实验考虑泊松比的各向异性特点 真三轴实验能比较真实的反映三维主应力空间的侧向变形，用它可以研究和揭示特定 应力路径下土体特性模量和泊松比的变化规律。徐志伟等7 1 人研究了围压增大条件下淤泥土 的侧向变形的特征。试验应力路径为a ( 1 0 0 、l o o 、i 0 0 ) 点应力空问中对应力状态为排水 周结，q = o - 2 = c r 3 = l o o k p a ；b ( 1 0 0 、1 6 5 、2 0 0 ) 点的应力状态保持码= l o o k p a 不变，分 别增加q 、吒到2 0 0 k p a 和1 6 5 ”a 固结，然后保持q ，a 2 ：v 变，增加口3 到b ( 1 6 5 、1 6 5 、 2 0 0 ) 点，并探讨了泊松比以b 点为初始应力状态增加盯3 后b c 段的结果。试验结果表明： 增加d 3 引起q 、岛方向的膨胀量也不同，如仍不沿用切线泊松比的定义，则存在两个泊松 比，见图1 2 、图1 3 。即： v l 产_ d s l fd s 3 c 1 - 3 ) = 一如2 d e 3 ( i - 4 ) 第一章绪论 厂。 f 2 0 03 ( v i lo o20 0 30 ( - v 。 圈1 2 毛叫l j 岛关系曲线。7 1图l - 3 岛v 1 3 岛关系曲线 v i ，、p 2 3 的变化规律反映了增加后，q 和吒方向膨胀变形以及加荷历史和不同初始 状态所造成的和各向异性特点，加载历史或应力路径产生的各向异性是影