【摘要】：非洲及東南亞典型熱帶雨林地區(qū)干濕季交替:雨季雨量充沛、降雨集中,地下水位高、土壤含水率高;旱季降雨量驟降,地下水位降低。水位波動(dòng)下,此類地區(qū)路基或面臨季節(jié)性積水入滲問題,濕度狀況堪憂。另一方面,此類地區(qū)各類軟土分布廣泛,腐殖質(zhì)土、泥炭土、淤泥、淤泥質(zhì)土等構(gòu)成了復(fù)雜的軟基層。該地區(qū)路基普遍存在沉降較大、不均勻變形等問題,給路基路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工帶來挑戰(zhàn)。本文旨在從控制路基積水入滲、降低不均勻變形、路基路面變形協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的角度,降低季節(jié)性浸水路基積水入滲影響,為該地區(qū)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供切實(shí)可行的解決方案。首先,對(duì)季節(jié)性浸水路基滲流場(chǎng)及防排水措施開展數(shù)值模擬研究。基于非飽和土滲流理論,通過Abaqus有限元軟件建立了路基滲流分析模型。分析了粘土、粉土、礫石三種不同滲透性路基填料對(duì)路基邊坡積水入滲影響。通過路基平均稠度指標(biāo)對(duì)邊坡防護(hù)、碎石排水層、滲溝防排水效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明:低滲透性粘土路基的積水入滲具有最大的“滯后性”,路基內(nèi)浸潤線變化幅度最小;淺埋和深埋滲溝可分別將路基濕度控制在中濕和干燥狀態(tài)。對(duì)于季節(jié)性浸水路基,應(yīng)當(dāng)優(yōu)先使用低滲透性路基填料,并綜合使用邊坡防護(hù)措施與滲溝。其次,通過數(shù)值手段對(duì)季節(jié)性浸水路基變形規(guī)律進(jìn)行研究�；贏baqus有限元軟件建立了土體沉降變形計(jì)算模型。通過UMAT子程序?qū)崿F(xiàn)修正后的邊界面本構(gòu)模型,并將其應(yīng)用于表層軟土以反映其干濕循環(huán)下的塑性累積變形。分析了單雙側(cè)浸水條件,0.5m、1m、2m三種換填厚度,粘土、砂土兩種換填材料以及鋼筋混凝土方樁對(duì)路基變形的影響。結(jié)果表明:季節(jié)性浸水路基頂面呈現(xiàn)典型“彎盆狀”差異沉降,豎向和水平位移隨時(shí)間周期性波動(dòng);以0.37%為差異沉降控制指標(biāo)時(shí),2m厚粘土或1m厚砂土換填即可以有效處治淺層軟基差異沉降問題,但砂土換填會(huì)增大路基變形波動(dòng)幅度;較深軟基(8m)采用鋼筋混凝土方樁處治后,路基頂面中心沉降值僅0.94cm,沉降坡差0.06%。對(duì)于季節(jié)性浸水路基,淺層厚度軟土優(yōu)先推薦使用粘土材料換填,深厚軟土須采用鋼筋混凝土方樁處治。最后,基于季節(jié)性浸水路基變形規(guī)律,以變形協(xié)調(diào)為原則進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。制定了季節(jié)性浸水路基路面結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)流程�；贏baqus有限元軟件對(duì)不同路面結(jié)構(gòu)施加動(dòng)態(tài)差異沉降,確定季節(jié)性浸水路基差異沉降最不利時(shí)刻附加力學(xué)響應(yīng)值。通過對(duì)輪載下及差異沉降最不利時(shí)刻路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行疊加,對(duì)倒裝式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)、半剛式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)、組合式基層瀝青路面進(jìn)行了差異沉降適應(yīng)性評(píng)價(jià)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化。結(jié)果表明:組合式基層及優(yōu)化的倒裝式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)最大0.55%差異沉降。組合式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)差異沉降適應(yīng)能力強(qiáng),路面結(jié)構(gòu)總體厚度最小,應(yīng)當(dāng)作為季節(jié)性浸水地區(qū)路面結(jié)構(gòu)優(yōu)選方案。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U418.5
【圖文】：

要么季節(jié)性浸水，路基干濕狀況變化幅度大。（a） （b）圖1.1 非洲（a）柯本氣候分區(qū)[1]；（b）年均降雨量圖[2]路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性同路基的干濕狀態(tài)有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，這將在很大程度上影響路基路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。對(duì)于季節(jié)性浸水地區(qū)路基土，其干濕周期變化及指標(biāo)衰減對(duì)整個(gè)路基路面結(jié)構(gòu)體系有很大影響，會(huì)導(dǎo)致路面下部路基材料的壓縮變形過大，從而引起路面結(jié)構(gòu)的破壞。在季節(jié)性浸水地區(qū)，降雨量大且相對(duì)集中。雨水首先會(huì)通過邊坡進(jìn)入路基內(nèi)部，影響路基的干濕狀況，進(jìn)而影響路基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性。當(dāng)路基排水設(shè)施設(shè)置不當(dāng)，或降雨量大于其排水能力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致雨水在路基兩側(cè)匯集，引起路側(cè)水位變化。路側(cè)水位的升降及各種極端工況將引起的路基內(nèi)部水分遷移，對(duì)路基安全不利。因此，要求路基路面結(jié)構(gòu)具有完備的排水設(shè)計(jì)

（a）（b）圖1.2 （a）有；（b）無路基排水層路基孔壓云圖何要超[12]利用非飽和有限元滲流分析軟件 SEEP/W 對(duì)降雨條件下高速公路滲流場(chǎng)進(jìn)行了分析，對(duì)級(jí)配碎石排水層及中央分隔帶排水能力進(jìn)行了評(píng)估。模擬試驗(yàn)考察了不同排水層材料的飽和滲透系數(shù)、初始地下水位位置、包含不同面層材料的路面結(jié)構(gòu)及路表裂縫對(duì)于其排水性能的影響。另外還探究了中央分隔帶滲溝的適應(yīng)性。結(jié)果表明設(shè)置滲溝的中央分隔帶顯著提高了中央分隔帶排水性能，可以快速排出中央分隔帶積水。針對(duì)路基中含水量過大以及毛細(xì)水上升進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)的問題，郝磊[13]采用室內(nèi)毛細(xì)水試驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)合的方法研究了設(shè)置于路基內(nèi)部的碎石排水層對(duì)于阻隔毛細(xì)水上升、降低路基內(nèi)部含水量的影響。結(jié)果表明，隨著級(jí)配碎石的粒徑的增大，其毛細(xì)水上升的高度逐漸降低，即排水性能增強(qiáng)，當(dāng)碎石層厚度達(dá)到 40cm 時(shí)，即可以滿足阻隔毛細(xì)水上升的需求。圖 1.3 所示即為路基碎石排水層示意圖。圖1.3 路基碎石排水層示意圖目前，對(duì)于排水設(shè)施數(shù)值模擬的研究對(duì)象主要集中在路基排水層及路面結(jié)構(gòu)邊緣排水系統(tǒng)

升的高度逐漸降低，即排水性能增強(qiáng)，當(dāng)碎石層厚度達(dá)到 40cm 時(shí)，即可以滿足阻隔毛細(xì)水上升的需求。圖 1.3 所示即為路基碎石排水層示意圖。圖1.3 路基碎石排水層示意圖目前，對(duì)于排水設(shè)施數(shù)值模擬的研究對(duì)象主要集中在路基排水層及路面結(jié)構(gòu)邊緣排水系統(tǒng)，較多關(guān)注排水設(shè)施對(duì)于路面結(jié)構(gòu)水分的排除，而較少關(guān)注路基本身。另外，現(xiàn)有的關(guān)于排水設(shè)施的數(shù)值模擬，大多將降雨作為路基路面結(jié)構(gòu)水分的主要來源，將降雨

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2760486