汽车荷载作用下公路低路堤软土地基动力附加沉降研究

In view of the post-construction settlement and its control technology of low road embankment on soft clay foundation, a series of experiments and theoretical analysis are performed to reveal the evolution mechanism of additional settlement of low road embankment on soft foundation induced by long-term repeated vehicle loads. A dynamic analytical model of the vehicle-pavement-layered ground coupling system is proposed by taking account into the characteristics of the vehicle loads and low road embankment. Then, the model is verified using field tests, and is used to investigate the dynamic stress distributions and vehicle influence depths under different axial loads, pavement structure combination and subgrade modulus and depths. Furthermore, a series of dynamic triaxial tests are conducted on soft clay soil to derive the variation law and influencing factors of cumulative plastic deformation of soft soil under repeated loads. Combing with the results of analytical model analysis and experimental investigation, an additional settlements prediction model is obtained considering the vehicle characteristics and the pavement-layered ground properties. Moreover, the prediction model is modified according to in-situ monitoring, and some specific engineering measures are proposed to control the additional settlement induced by vehicle loads. The method developed herein may be used as theoretical basis and technical support for low road embankment design.

针对软土地基低路堤公路建设中迫切需要解决的地基工后沉降预测与控制问题，通过系统的理论分析和试验研究，揭示低路堤软土地基在长期重复汽车荷载作用下的动力附加沉降演化机制。考虑汽车荷载特点及低路堤公路特性，建立车辆-不平整路面-层状地基系统耦合动力分析模型，利用现场行车试验对此模型进行验证，从而探讨不同轴载、路面结构组合、路堤高度和模量下的软土地基动应力分布规律及汽车荷载影响深度，并以此为依据进行室内循环动三轴试验，研究低路堤软粘土在重复汽车荷载作用下的累积塑性变形变化规律及影响因素，同时结合上述动力响应分析和试验成果，建立一个可以直接考虑车辆和公路各结构层性质影响的地基动力附加沉降预测模型。利用现场观测结果对所建预测模型进行修正，最后提出控制汽车荷载引起的低路堤软基动力附加沉降的工程技术措施，为低路堤公路建设提供理论依据和技术支持。

本项目针对软土地基低路堤公路建设中迫切需要解决的地基工后沉降预测与控制问题，通过系统的理论分析和试验研究，揭示了低路堤软土地基在长期重复汽车荷载作用下的动力附加沉降演化机制。.首先，考虑汽车荷载特点及低路堤公路特性，建立了车辆不平整路面层状地基系统耦合动力分析模型，进行了现场行车试验，实测不同行车速度下地基的动力响应分布特征，将现场实测结果和所建立的动力分析模型计算得到的结果进行比较验证。利用上述模型探讨了路面平整度、行车速度、路面和路基性质以及软土地基的渗透系数对软土地基动应力分布规律及汽车荷载深度的影响，并以此为依据进行室内循环动三轴试验。.其次，进行了土工试验，测定所取土样的一些基本物理参数，分析土样的基本物理性质，开展了原状软粘土的静三轴试验得到了土样的强度参数，为后续的沉降模型的建立提供依据。采用英国GDS公司研制的动三轴设备开展了室内循环动三轴试验，分析了循环次数、动应力幅值、围压、初始静偏应力、波形和振动频率对饱和软粘土的动力特性影响规律。.然后，利用软粘土在重复汽车荷载作用下的累积塑性应变和累积孔压的变化规律及影响因素，结合经验公式得到了不排水累积塑性应变和累积孔压的经验拟合模型。在此基础上，建立了一个可以考虑循环次数、动应力幅值、围压、初始静偏应力和振动频率影响的软土地基动力附加沉降预测模型。并将本文模型计算结果与实测及其他模型结果进行了比较，通过对比发现，该模型所得的计算曲线与实测值吻合较好。. 最后，根据模型的主要影响因素提出了控制汽车荷载引起的低路堤软基动力附加沉降的工程技术措施，包括人工硬壳层的应用、提高路面平整度、提高上层结构刚度以及软土地基处理等，为低路堤公路建设提供理论依据和技术支持。