浅谈软土地基上高速公路加宽工程沉降变形数值模拟及地基处理优化研究

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1、河海大学博士学位论文软土地基上高速公路加宽工程沉降变形数值模拟及地基处理优化研究姓名：陈磊申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：刘汉龙20080301摘要对已有的四车道高速公路进行加宽扩建已经成为我国公路建设的一个重要形式，由于不同于普通高速公路工程的建设形式，新路堤的沉降变形性状与普通新建路堤有明显差异，且软土地基上新老路堤间显著的不均匀沉降也是以往普通工程所未曾遇到过的，因此需要分析研究新老路堤的沉降变形特性，寻求合理有效的新路堤软土地基处理方法，控制不均匀沉降，以保证工程质量，确保行车安全。本文在前人工作的基础上，结合工程实例，通过大量数值模拟分析，对新老路堤的

2、沉降变形性状、沉降计算方法以及新路堤软土地基处理方法的合理选择进行了较系统的研究。全文的主要研究内容如下：(1)基于对加宽工程路堤断面结构形式的认识，指出了加宽工程新路堤沉降变形区别于普通工程的影响因素。并选用合理的本构模型，通过有限元数值模拟对比研究的方法，对影响因素的影响机理等进行了详细分析。结果表明，原有路堤荷载长期作用引起的地基软土性质改善是新路堤沉降变形不同于普通道路工程的主要因素，而新老路堤的相互作用对新路堤沉降变形的影响则要小得多。同时就在新路堤沉降变形计算中如何考虑这些因素的影响进行了分析探讨。(2)通过对数值计算结果以及工程实例的分析，表明加宽工程新路堤

3、软土地基的侧向变形大小和性状与普通工程相比均相差较大，特别是新路堤软土地基内侧坡脚位置的侧向变形明显受到老路堤的限制，并且就新路堤软土地基侧向变形的影响因素进行了分析总结。同时借鉴前人的研究思路，将地基分为均质地基和非均质地基两种情况，通过对非线性数值计算结果的分析拟合，分别给出了反映侧向变形大小的加宽工程新路堤沉降修正系数简化计算公式，公式可以考虑路堤高度和地基土体性质等多个因素的影响，并通过实例验证分析，表明该公式具有较好的合理性和计算精度。(3)基于南京绕城高速公路加宽工程断面资料，通过合理简化建立有限元数值分析模型，在验证了模型正确性的基础上，对新路堤软土地基不同

4、方法处理下以及不同工况下的新老路堤沉降变形性状进行了详细分析，总结了不同方法处理新路堤软土地基时的优缺点，并据此完善了新路堤软土地基处理方法的优化选择流程。同时定义地基表面沉降曲线特征因子皿，用以评价新路堤荷载引起的地基不均匀沉降对老路表面横坡比的影响，并在分析了见影响因素的基础上给出了R；的简化计算公式，以便以此为依据就新路堤软土地基的处理在排水固结法和复合地基法之间作出合理选择。(4)总结了加宽时老路堤软土地基未固结稳定的可能情况，分析了老路堤软土地基固结稳定性对天然地基情况下，以及新路堤软土地基不同方法处理下新老路堤沉降变形性状的影响，并对不同处理方法的设计思路进行

5、了分析探讨。Ili摘要关键词：软土地基；高速公路加宽；沉降变形特性；计算方法；处理方法；优化选择；固结稳定性；数值分析Ab雏raclABSTRACTWideningoftheconstructedfour-laneexpresswayhasbecomeanimportantformofourcountry’shighwayconstruction．Becauseofthedifferentconstructionformfromtheordinaryexpresswayengineering，thedeformationfeatureofthenewembankmenti

6、sevidentdifferentfromtheordinaryembankment．Ithash’tbeenmetintheformerordinaryengineeringthatthedistinetdifferentialseUlementbetweenthenewandoldembankmentsonthesoftground．Toensureengineeringqualityandtral币csafety,thedeformationfeatureofthenewandoldembankmentsshouldbeanalyzed，thereasonablea

7、ndeffeetiveimprovementmethodofthesoRgroundunderthenewembankmentshouldbeseekedto。controlthedifferentialsettlement．Basedontheformerworkinthispaper,throughthehumeriealmodelingcalculationandengineeringcasesanalysis，thedeformationfeaturesofthenewandoldembankmentsareanaly