动力湿化作用下粗粒土高路堤服役性能演变与状态控制技术研究

Coarse grained soil is widely used in highway embankment filling material, but under the action of the dynamic load and rain, the service performance of coarse grained soil is weakened。 The coarse grained soil high embankment instability phenomena have occurred. The evolution and control of coarse-grained soil embankment service performance is still a lack of in-depth study.To solve this problem, the project first used the model test and numerical analysis method to discuss the dynamic mechanism under the action of the dynamic and rain of coarse-grained soil embankment; Secondly, based on the comparison of packing property operation period and construction period, the project researched the influence of factors such as the wheel dynamic load、time、and characteristic of water, on the continuous micro deformation of coarse grained soil and evolution characteristics, and revealed the inner relation of coarse-grained soil embankment micro strain and macroscopic deformation accumulation effect under the actions of dynamic humidifying. At the same time, in order to construct a coarse-grained soil static-dynamic mechanics model, and the calculation method that considering the dynamic wetting damage of coarse grained soil high embankment stability, CT damage variable and time factor are taken into consideration in the project; Finally,based on the optimization principle and dynamic programming equation,the optimal time of preventive maintenance of coarse grained soil embankment is analyzed,and coarse-grained soil embankment service performance state control system is built under the effect of dynamic wetting.The research results will not improve our durability of subgrade construction technology, but also has the importance of theory and practical significance.

粗粒土在高速公路路堤的填筑施工中已得到广泛应用，但在动力及雨水入渗作用下极易造成其服役性能弱化，导致粗粒土高路堤失稳现象时有发生。目前对动力湿化作用下的粗粒土路堤服役性能演变与控制尚缺乏深入研究。本项目针对该问题，首先结合模型试验和数值分析探讨动力作用下粗粒土路堤湿化变形的内在机制；其次基于运营期和施工期填料性能对比，研究动力荷载、含水特征、时间等因素对粗粒土持续微变形的影响及其演化特征，揭示动力湿化作用下粗粒土路堤微观应变与宏观变形累积效应的内在联系；同时，引入CT湿化损伤变量和时间因素，构建粗粒土动、静态力学模型，建立考虑动力及湿化损伤的粗粒土路堤稳定性时变计算方法；最后，基于最优化原理及动态规划方程，进行粗粒土高路堤预防性养护最佳时机分析，构建动力湿化作用下粗粒土高路堤服役性能状态控制技术体系。研究成果将完善我国耐久性路基建造技术，具有重要的理论和工程实践意义。

在交通运输建设过程中，粗粒土是一种常见的路基填料。但是，在降雨和车辆动荷载作用下粗粒土路堤的服役性能明显降低，容易引起粗粒土路堤失稳，降低路堤的服役年限。本项目从粗粒土路堤填料的基本静动力学性能出发，结合室内试验，理论分析和数值模拟等研究方法，分别从以下几个方面对动力湿化作用下粗粒土高路堤服役性能的演变规律和状态控制机理进行研究：.（1）综合考虑粗粒土路堤的静动力学试验和电子显微镜扫描试验，分析土体含水量、偏应力及荷载作用频率对路堤永久变形的影响，并从微观角度分析路堤永久变形后的微观结构特征变化规律。.（2）基于动三轴试验，发现Tseng-Lytton模型可以更好的预估粗粒土路基填料的永久变形；同时通过多元回归，建立永久预估模型中各系数与含水率、回弹模量的回归公式；然后通过PFC程序模拟动三轴试验，从颗粒形状、级配类型、摩擦系数及空隙率等方面补充对照试验组模拟循环加载试验进行细观敏感性分析，最后提出减小填筑路堤永久变形的具体措施。.（3）基于相似理论开展了粗粒土高路堤动力湿化模型试验，对粗粒土高路堤的渗流特征进行了研究；根据动力湿化模型试验的渗流结果，对粗粒土土水特征曲线进行拟合，研究了动力湿化作用下粗粒土路堤内部的动力分布规律和累计应变的发展，最后将渗流数值模拟与动力湿化模型试验有机的结合起来提出了一种考虑渗透力影响的粗粒土高路堤稳定性时变计算方法并分析路堤边坡安全系数变化规律。.（4）基于粗粒土高路堤边坡坡面冲刷模型试验，研究了路堤模型在降雨冲刷下的坡面土颗粒溅蚀、迁移特征及冲刷特性。并考虑不同的冲刷影响因子对路堤边坡坡面冲刷的影响，分别研究了不同降雨强度、边坡坡度及压实度下填筑路堤边坡坡面侵蚀形态演变特性，揭示了坡面冲刷作用机理。.（5）研究粗粒土路堤填料的邓肯-张模型参数受到偏应力、荷载频率及含水率的影响规律，并将这三个影响因素引入到邓肯-张模型之中去，建立考虑动力湿化作用影响的修正非线性弹性本构模型，最后将其与传统邓肯-张模型进行了对比。.本项目的研究成果可以为动力湿化作用下粗粒土路堤的设计、施工及路堤长期稳定性的控制提供参考，研究成果具有重要的理论意义和工程实践意义。