非饱和土理论在高液限填土路基中的应用分析

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1、第一章绪论路，福建的泉夏高速和京福南平段大量的使用高液限土作为路基的填充土料。高液限土作为路基的填充土料主要存在以下几个工程问题饽1：(1)天然含水量问题，高液限土的天然含水量高，要降低其含水率至最佳含水量附近很困难，如果含水率低于塑限，则土体很坚硬，难以粉碎；(2)水稳定性问题，高液限土水稳定性不好，按照最佳含水率进行压实对路基的稳定性不利，但含水量不能太高，否则难以压实；(3)压实度问题，高液限土压实度很难达至1J93区标准；(4)路基填筑技术控制，要做好高液限土的隔水工作，切断高液限土与地下水以及地表水

2、的连通。这些问题一直困扰着工程界，到现在为止也没有一个利用高液限土的明确方法。国内近几年已修高速公路对高液限土的处治依然是“3：(1)直接利用，只是严格控制施工含水量和压实功能；(2)掺石灰、水泥等无机结合料；(3)包芯法或包边法；(4)掺砂卵、碎石等改善土的级配组成。这些方法更多的是借助以往的经验，没有对高液限土的形成机理和处治机理进行研究，也没有完整的理论支持，对路基长期的稳定以及沉降变形无法作出科学的预测，在工程中的应用具有一定的局限性。应此本文将非饱和土固结理论引入高液限土的研究，预测和分析高液限土路

3、基的沉降变形，具有一定的工程意义。1．2路基沉降计算的研究现状路基由于自身重力和上部车辆等其他荷载的作用，必然引起路基内应力变化，使路基变形从而产生下沉。路基沉降变形以及路面的差异沉降的计算，是判断该道路的安全和路基稳定的重要资料。因此，这也是土力学学科中的一个非常重要的课题。长期以来，前人总结出了许多计算最终沉降变形的方法，现只是就几种常见的方法简介如下：一、弹性理论法计算沉降变形弹性理论法计算沉降是基于半无限弹性体的布西奈斯克课题的解插3，因此该法假定地基是均质的、各向同性的、线弹性的半无限体；此外还假定

4、基础整个底面和地基一直保持接触。需要指出的是布西奈斯克课题是研究荷载作用下地表的情形，因此可以近似用来研究荷载作用面埋藏较浅的情况。但是当荷载作用位置深度较大时(如箱基础、桩基础等深基础)，则应采用明德林课题的位移解的弹性理论法进行沉降计算。由于地基土经常是成层的，并非是均质各向同性的，因此弹性理论法计算沉降变形在实际工程中应用是近似的。二、分层总和法计算最终沉降旧3分层总和法计算地基沉降是目前沉降计算中使用最多的方法，几乎各土建行业的相关行业规范都将其列入法定算法。它假定地基材料是弹性的、应力分布符2天津大

5、学硕士学位论文非饱和土理论在高液限填土路基中的应用研究合布西奈斯克解。但同时又假设地基材料是弹塑性的，其变形特性符合侧限一维压缩情况。用分层总和法计算最终沉降变形又做了如下两个假定：(1)一般取基底中心点下地基附加应力来计算各分层土的竖向压缩量，认晕为基础的平均沉降量s为各分层竖向压缩量As；之和，即s=乌si，式中n为沉降计算深度范围内的分层数。(2)计算血：时，假定地基土只在竖向发生压缩变形，而没有侧向变形，故可以利用室内侧限压缩试验的成果进行计算。设压缩模量在小的应力增量下保持不变，进而有(应用e～P曲

6、线)：Ae．血．q5赢1■。亡si■I+巳fz￡z(1-1)E一第i分层土的厚度；B一第i分层对应于A，～岛，段的压缩模量；A，、岛，分别土层自重应力平均值、附加应力与自重应力之和的平均值。el，一在e～P曲线中对应于自重应力P，，的孔隙比。三、应力路径法哺圳应力路径法计算沉降是用地基内部的应力变化轨迹来表示建筑现场在施工前、施工期间以及完工后地基内部的应力变化情况。土体中某一单元的应变、孔隙压力和强度都与应力路径有关，所以能够应用应力路径法从土体内部应力变化推测土的变形和强度。应力路径法清楚的阐明了土力学中

7、地基沉降与稳定两大课题的计算公式的内涵，并且把两者有机的联系起来。同时，应力路径法有助于认识目前常用的土工实验及分析计算方法。应用有效应力路径法来计算沉降，其步骤如下：(1)在现场荷载下估计地基中某些有代表性(如在土层中点)土体单元的有效应力路径。(2)在实验室做这些土体单元的室内试验，复制现场有效应力路径，并同时量测试验各阶段的垂直应变。一。(3)将各阶段的垂直应变乘以土层厚度，即得到了初始及最终沉降值。，应力路径法实质上就是应用模拟现场实际应力路径的室内试验的方法对预估沉降做出了分析，能够考虑加载方式和加

8、载速率的影响。但是，应力路径法同其他方法一样，无法避免用弹性理论来计算土体中的应力增量。同时，应力路径法特别要求高标准的取样，过多的依赖于室内试验，试验工作量相当大，且对试验技术要求也很高，这就使它的实际应用受到了很大的限制。第一章绪论四、采用数值方法计算沉降近年来，随着计算机的日益广泛应用，促进了计算技术和计算方法的发展。从而使许多复杂的土工问题得到了一定程度的解决。这些复杂问题已经很少能够应用数