高速公路路基沉降算法及不均匀沉降对路表层结构影响分析

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1、高速公路路基沉降算法及不均匀沉降对路表层结构影响分析第一章绪论1.1引言上世纪80年代以来，交通和能源成为我国国民经济建设的首要领域，为我国高速公路的发展打幵了新的局面。十五期间，我国共建高速公路2.5万公里。十一五期间，高速公路里程数新增3.3万公里，截至2010年末，全国高速公路建成7.41万公里，居世界第二位。十二五时期，国家将继续推进高速公路建设，5年建成国家高速公路网3.5万公里，到2015年国家高速公路网全部建成，通车里程达到8.3万公里。随着高速公路的快速发展，在高速公路建设中对路基的要求也越来越高。

2、由于地形复杂、路基施工不当和工期限制等因素，路基在施工完成以后容易发生沉降及不均匀沉降。若对不均勻沉降处理不当，在路面结构中产生附加应力，外荷载与附加应力的叠加作用将加剧上部结构的疲劳破坏，路面产生纵横向裂缝，发生早期破坏，从而影响公路的正常使用。过大的路基沉降及沉降差导致的危害主要有：路基整体性变差，路基产生纵横向开裂，路基整体或者部分下沉，路基出现滑动；路面结构产生附加应力导致路面幵裂破坏，比如路拱变形、板底脱空、裂缝、路面错台等；路面平整度下降会影响行车舒适度，阻碍行车速度的提升，并且在路面低挂处产生的冲击力

3、会进一步加剧路面的不平整。目前，路基不均勻沉降的研究水平远远不及工程实际的应用，从而在一定程度上制约了路基上部路面结构的设计、施工及长期使用状态。因此，高速公路路基沉降计算及不均匀沉降对路面结构影响的研究具有工程实际意义和社会效益。本文以湖南耒宜高速公路为工程依托，主要对高速公路路基的沉降预测及不均匀沉降对路面结构的影响进行研究。该工程所处地区的地形比较复杂，存在大量的软土路基和高填方路基，由于路基不均匀沉降，路面出现了多处损坏。本文根据工程的实际情况，选取代表性典型断面，采用不同沉降预测方法，预测分析了k466+

4、200路段的路基沉降，通过与实测沉降数据对比，指出了较适合的沉降预测方法。采用有限元数值分析方法，针对不同沉降形式和不同工况，分析了不均勾沉降对路面结构的影响。1.2国内外研究现状1.2.1概述土中应力是在自重应力、外荷载或其他因素作用下土中所产生的应力。土中应力的增加会使路基产生沉降，过大会导致路基发生破坏。土中应力包括自重应力和附加应力，自重应力是重力作用产生的，而附加应力是外荷载作用下产生的。(1)自重应力自重应力是土体的初始应力状态。一般情况下，土体在自重作用下的压缩已经稳定，自重应力不再引起土的变形。土层

5、的覆盖面积很大，土的自重的分布面积看作无限大。土体在自重作用下任一竖直切面均是对称面，切面上都不存在剪应力。(2)附加应力外加荷载的作用使初始应力场发生变化，在地基土体中产生附加应力。附加应力受很多因素的影响，如：外部荷载的大小和分布形式、土体本构关系、上部结构等等。在实际中，将地基土假设为连续、均匀、各向同性的半无限完全弹性体，采用Boussinesq解答得到竖向集中力作用下土中的应力，以此为基础，通过叠加或数值积分的方法得到其他分布荷载作用下土中的应力。1.2.1.2土的压缩性上部路基与地基都是由土体组成，土的

6、压缩性直接决定着路基的沉降，是土的一个重要的工程性质。天然土体由三相组成，即土骨架，土骨架孔隙中的水和空气。在外荷载作用下，土的压缩变形主要由以下部分组成：土骨架的压缩变形；土孔隙中水和空气被压缩、溶解或排出。实践证明，土颗粒和水在外荷载作用下的压缩量比土骨架的压缩量小得多，可以忽略不计。因此，土的压缩变形主要考虑土骨架的变形和土骨架孔隙中水和空气被挤出。土的压缩性受土粒粒度、成分、土体结构、孔隙水、应力历史和温度等多种因素的影响。天然土的颗粒尺寸特别分散，土的级配越好，密度越高，压缩量就越小。无粘性土的压缩回弹比

7、粘性土要小。孔隙水对土的压缩性的影响表现在水中阳离子对粘土表面性质的影响。土的超固结比越大，土所受的超固结作用越强，在其他条件相同时，土的压缩性越低。温度对土的压缩性的影响与土的成分和应力历史有关，如：温度对有机质土的影响比对无机质土的大，同时对超固结土的效应很显著。第二章高速公路路基沉降计算2.1引言高速公路在建设和运营过程中会存在大量的不良地基问题使路基产生过大的沉降或不均勻沉降，从而对路面结构的稳定性及行车安全性产生影响。因此，应该对路基进行必要的沉降分析和预测，以便更好的指导公路交通的设计和施工。本章阐述了

8、地基沉降变形机理和常用的沉降计算方法，对耒宜高速公路进行了现场调研，结合工程实测数据进行沉降计算，并将实测结果与计算结果进行对比分析，给出适合于本路段的沉降计算方法。2.2路基沉降变形机理2.2.1土的固结有效应力的变化决定了土体的压缩在稳定的外载作用下，有效应力随着土中超孔隙水压力的减小而增大，土体被压缩，最终达到稳定。早在1925年，Terzaghi首先