本文選題：現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) + 數(shù)值模擬　； 參考：《華中科技大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：目前,我國(guó)尚無(wú)黃土地區(qū)公路建設(shè)規(guī)范,對(duì)黃土地區(qū)公路路堤變形特性缺乏系統(tǒng)的研究。受路堤填料性質(zhì)、環(huán)境因素和重載車(chē)輛荷載的影響,黃土地區(qū)公路路堤尤其是非對(duì)稱路堤,經(jīng)常出現(xiàn)過(guò)大沉降、不均勻沉降、邊坡失穩(wěn)和支擋結(jié)構(gòu)破壞等病害,嚴(yán)重影響了公路的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)性能。研究重載交通條件下路基不均勻沉降的成因,分析行車(chē)動(dòng)荷載作用下路基的力學(xué)響應(yīng),進(jìn)一步摸清黃土路堤動(dòng)力變形特性,對(duì)治理公路病害、延長(zhǎng)公路使用壽命、減少后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用具有重要的理論與工程實(shí)際意義。本文通過(guò)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和數(shù)值模擬分析,對(duì)黃土地區(qū)非對(duì)稱加筋路堤作用機(jī)理、變形特性、穩(wěn)定性和動(dòng)力響應(yīng)特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 (1)采用顆粒流軟件PFC2D建立格柵加筋拉拔數(shù)值模型,對(duì)拉拔過(guò)程中筋土界面的宏觀力學(xué)行為和細(xì)觀組構(gòu)參量的演化規(guī)律進(jìn)行了分析,模擬結(jié)果表明：剪切帶內(nèi)砂土的組構(gòu)各向異性直接影響了砂土的抗剪強(qiáng)度；強(qiáng)力鏈組構(gòu)各向異性主方向與主應(yīng)力方向相一致,在荷載傳遞過(guò)程中起主導(dǎo)作用,而弱力鏈組構(gòu)各向異性主方向與主應(yīng)力方向相垂直。 (2)針對(duì)黃土地區(qū)非對(duì)稱路堤長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)資料空白的現(xiàn)狀,在山平高速公路試驗(yàn)段開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作,對(duì)黃土非對(duì)稱加筋路堤地基沉降、側(cè)向位移、基底壓力和格柵變形進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：采用格柵加筋能有效減小非對(duì)稱路堤側(cè)向變形；路堤填筑過(guò)程中,相同豎向位置處第一層格柵應(yīng)變最大,第二層格柵次之,第三層格柵最小 (3)通過(guò)建立二維有限元數(shù)值模型,對(duì)采用格柵加筋和加EPS (Expandable Polystyrene Sheet)板工況下黃土非對(duì)稱加筋路堤在填筑期和運(yùn)營(yíng)期的變形特性進(jìn)行了對(duì)比分析,對(duì)交通荷載大小、格柵剛度和加筋間距等重要設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了參數(shù)分析。數(shù)值模擬結(jié)果表明：交通荷載作用下,采用格柵加筋可以很好地控制非對(duì)稱黃土路堤的沉降和側(cè)向變形；交通荷載越大,加筋效果越顯著；增加格柵剛度和減小格柵間距對(duì)于控制坡腳側(cè)向位移的約束效果較好,而對(duì)于減小路堤頂面沉降效果不明顯。 (4)通過(guò)建立數(shù)值模型,對(duì)比分析了加格柵和加EPS板工況下黃土非對(duì)稱加筋路堤的穩(wěn)定性,研究了填土參數(shù)、加筋參數(shù)、路堤高差和交通荷載大小對(duì)路堤邊坡穩(wěn)定性的影響。數(shù)值模擬結(jié)果表明：采用格柵加筋路堤的邊坡安全系數(shù)始終大于加EPS板工況,格柵加筋路堤破壞時(shí)所出現(xiàn)的塑性貫通區(qū)面積比加EPS板時(shí)大,格柵加筋路堤的穩(wěn)定性好于加EPS板工況。 (5)考慮山西省運(yùn)煤車(chē)輛行車(chē)荷載的影響,將交通荷載視為半正弦波循環(huán)荷載,通過(guò)數(shù)值模擬研究了黃土地區(qū)非對(duì)稱加筋路堤的動(dòng)力特性,對(duì)交通荷載振幅、頻率、行車(chē)間隔和路堤兩側(cè)高差等重要參數(shù)進(jìn)行了參數(shù)分析。數(shù)值模擬結(jié)果表明：交通荷載振幅和頻率對(duì)路堤變形影響較大,而行車(chē)間隔和路堤兩側(cè)高差的影響較��；交通荷載作用下,采用格柵加筋的黃土非對(duì)稱路堤變形控制效果好于加EPS板。 本文研究成果對(duì)于將格柵加筋應(yīng)用于黃土地區(qū)非對(duì)稱公路路堤變形控制具有重要的參考價(jià)值,對(duì)于提高黃土地區(qū)公路路堤設(shè)計(jì)水平,延長(zhǎng)路堤使用壽命,減少路堤養(yǎng)護(hù)費(fèi)用具有重要的理論意義和實(shí)際意義。
[Abstract]:At present , there is no systematic study on the road embankment deformation characteristics in loess area , which has seriously affected the long - term operation performance of the highway . The paper studies the mechanism , deformation characteristics , stability and dynamic response characteristics of asymmetric stiffened embankment in loess area .

( 1 ) Using the particle flow software PFC2D , a numerical model of grid reinforcement drawing is established , and the macro - mechanical behavior and the evolution law of the meso - structure parameters are analyzed . The simulation results show that the texture anisotropy of the sand in the shear zone directly affects the shear strength of the sand .
The main direction of the strong chain fabric anisotropy is consistent with the main stress direction , and plays a leading role in the process of load transfer , while the main direction of the weak force chain fabric anisotropy is perpendicular to the main stress direction .

( 2 ) On the basis of the present situation of long - term monitoring data of asymmetric embankment in loess area , on - site monitoring work is carried out in the test section of Shanping Expressway , and the foundation settlement , lateral displacement , foundation pressure and grid deformation of asymmetric reinforced embankment of loess are studied . The results show that the lateral deformation of asymmetric embankment can be effectively reduced by using grid reinforcement .
In the process of embankment filling , the first grid strain at the same vertical position is the largest , the second grid is the next , and the third grid is the smallest .

( 3 ) By establishing a two - dimensional finite element numerical model , the deformation characteristics of the loess asymmetric reinforced embankment under the condition of grid reinforcement and EPS are compared and analyzed , and the parameters of the important design parameters such as traffic load size , grid rigidity and reinforcement spacing are analyzed . The numerical simulation results show that under the action of traffic load , the settlement and lateral deformation of the asymmetric loess embankment can be well controlled by using the grid reinforcement .
The greater the traffic load , the more significant the reinforcement effect .
The effect of increasing the grid stiffness and reducing the grid spacing on the lateral displacement of the control groove is better , and the settlement effect of the embankment top surface is not obvious .

( 4 ) By establishing a numerical model , the influence of filling parameters , reinforcement parameters , height difference of embankment and traffic load on the stability of embankment slope is studied .

( 5 ) Considering the influence of traffic load of coal - carrying vehicles in Shanxi Province , the traffic load is considered as a half - wave - wave cyclic load , and the dynamic characteristics of asymmetric stiffened embankment in loess area are studied by numerical simulation . The numerical simulation results show that the amplitude and frequency of traffic load have great influence on embankment deformation , and the influence of traffic load amplitude and frequency on embankment deformation is relatively small ;
Under the action of traffic load , the deformation control effect of loess asymmetric embankment with grid reinforcement is better than that of EPS board .

The research results are of great reference value to the application of grid reinforcement in the deformation control of asymmetric highway embankment in loess area . It is of great theoretical and practical significance to improve the design level of highway embankment in loess area , extend the service life of embankment and reduce the maintenance cost of embankment .
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U416.12

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本文編號(hào)：2104517