多年冻土区路基融沉变形的附加应力分析

使用有限元法和解析法分析了多年冻土地区路基融沉引起的路面附加应力,将两种方法的计算结果进行了对比,给出了附加应力计算的解析表达式,分析了路面结构参数对附加应力的影响,对多年冻土地区路基路面设计提出了建议。     

多年冻土地区路基不均匀融沉变形计算分析

采用Biot固结理论的有限元方程,对多年冻土地区路基的不均匀融沉变形进行计算与分析。为路面融沉附加应力计算提供依据。     

高寒高海拔多年冻土区拓宽路基差异沉降

为了研究高寒高海拔多年冻土区拓宽路基面层吸热对下伏多年冻土温度与沉降的影响,建立了基于热力耦合理论的差异沉降计算的有限元模型,并利用实体工程监测数据对模型进行了修正,分析了不同季节、不同填高与阴阳坡工况下拓宽侧路基差异沉降分布规律,确定了多年冻土区最优路基拓宽位置。研究结果表明:多年冻土区拓宽路基最大融深与沉降均出现在秋季,10月份的变形最不利,病害特征最突出,其中4m填高路基第10年最大差异沉降为16.9cm,分别为7、1、4月份沉降的1.1、1.4、1.7倍;差异沉降与路基填高存在正相关性,当路基填高分别为2、4、6 m时,10年内路基的差异沉降分别为13.2、16.9、18.1cm;阴坡侧拓宽路基的温度与沉降变化小于阳坡侧,在10年内,阳坡侧拓宽路基底面最大升温为1.3℃,阴坡侧为0.6℃,阳坡侧拓宽路基最大差异沉降为16.9cm,阴坡侧为12.3cm;即使阴坡侧拓宽,差异沉降仍使拓宽路基顶面形成一个斜率为2%~3%的斜坡,进而使路面产生较大附加应力,最终造成结构层病害。     

路基差异沉降引起的路表附加应力分析

根据路基不均匀沉降对路面产生破坏情况，采用弹性层状体系的力学模型，利用有限元法对由于地基不均匀沉降引起的路面附加应力进行了计算和分析，得到过路构造物台背处差异沉降对路面受力状态的影响，并对台背处差异沉降的允许范围进行了探讨。     

多年冻土地区道路病害及对策探讨

对青藏高原多年冻土区进行研究,分析路基路面、桥梁涵洞病害原因。研究了水、热的变化规律对多年冻土的稳定性影响,其中冻胀、融沉等对道路产生的病害应得到重视,总结现已成功的常用冻土防护措施,分析道路工程相关冻害处置技术,提出多年冻土地区亟待研究的相关技术,为我国后期在多年冻土地区道路建设提供一定的参考。     

基于路面应力分析高速公路拓宽工程差异沉降控制标准

结合佛(山)开(平)高速公路拓宽工程,运用有限单元法分别模拟计算了高速公路拓宽工程新老路基发生差异沉降时沥青混凝土路面、水泥混凝土路面两种路面结构的应力状态,对差异沉降引起的路面结构层不同位置、水泥稳定碎石层中的附加拉应力和剪应力进行分析,并提出了新老路基差异沉降控制标准。     

基于离心模型试验的地基附加应力修正

为提高对路基沉降的精度控制,对2种中等压缩性土地基在路基自重作用下的地基附加应力分布规律进行了离心模型试验,并通过PLAXIS2D有限元数值计算和现场测试参数反算地基附加应力进行了验证.基于试验结果,提出了考虑路基宽高比影响的路基中心处地基附加应力修正计算方法.研究结果表明:在路基荷载作用下,附加应力在浅层地基中衰减较快,随地基深度增大,衰减逐渐减慢,与Boussinesq解得到的地基附加应力衰减曲线存在显著差异;修正方法计算的地基附加应力与现场测试参数的反算结果基本吻合.      

多年冻土区域特殊路基设计内容分析

多年冻土区域特殊路基有很多不确定因素,在设计时需要按照其特殊性采取有效方案从而切实将整体设计水平提高。因此,立足于实践,在分析多年冻土地区对路基施工的影响基础上,对多年冻土地区路基的危害进行归纳总结,同时详细的分析了多年冻土区域特殊路基设计内容。希望可为该领域的设计人员提供一些参考。     

半填半挖路基对路面结构响应的影响研究

针对半填半挖式路基对柔性路面和半刚性路面结构的影响,文章建立了平面应变有限元响应模型,研究了不同差异沉降下路面结构的附加应力分布情况,建议使用柔性基层或设置级配碎石底基层以减小基层层底的附加应力;对于半刚性基层沥青路面,建议减小基层的厚度和模量。     

路面结构参数对拓宽道路附加应力的影响

应用有限元程序,将路堤顶面的差异沉降作为位移约束条件直接施加到路面结构底部,建立了差异沉降下路面结构应力的计算模型.分析了路面结构参数变化对拓宽道路的影响,并采用正交设计法进行了结构层参数变化的敏感性分析.结果表明,路面各层附加应力随着不同结构层厚度和模量的增大而有相应地增大或减小,对基层底附加拉应力而言,基层厚度和模量的变化对其影响最大.对不同的路面结构层底附加应力,各因素影响显著性程度不一样.     

青藏高原机场跑道多年冻土地基温度场特征

对比了青藏高原多年冻土地区机场跑道地基温度场与公路路基温度场, 分析了其地基温度分布、温度沿深度的变化以及地基最大融化深度, 研究了宽幅沥青混凝土道面机场跑道地基温度场特征, 对比了不同道面宽度条件下其地基温度分布、不同时间地基温度沿深度的变化以及跑道中部及道肩的最大融化深度, 并基于道面宽度、时间建立了沥青混凝土道面机场跑道道中地基融化深度的表达式。研究结果表明: 多年冻土地区机场跑道地基温度场与公路路基温度场存在明显差异, 机场跑道地基融土核位置更低, 且全部位于天然地面以下, 而公路路基融土核位置相对较高, 可以通过抬高路堤使融土核全部位于路堤内, 便于通风管等温控措施的施工, 可见由于机场跑道无路堤、道面幅度宽等特点, 使得多年冻土地区公路与铁路建设的现有研究成果不能完全应用于机场跑道建设中; 对于沥青混凝土道面的机场跑道多年冻土地基, 随着道面宽度的增加, 跑道地基稳定性降低, 道面宽度每增加1%, 地基0℃等温线约下降0.17%, 地基融土核最高温约上升0.46%, 道中地基融化深度约加深0.19%, 但当道面宽度超过35 m时, 道中地基融化深度趋于平稳; 相对于道中地基温度场, 道肩受道面宽度的影响较小, 当道面宽度超过25 m时, 其地基融化深度趋于平稳; 道中地基融化深度表达式相关系数为0.988 6, 相对误差在1%以内。      

考虑相变作用的冻土路基应力与变形分析模型

基于冻土路基温度场的控制方程,考虑水分转化为冰的相变作用对土体瞬时变形和蠕变变形的影响,建立路基应力和变形的二维数值方程,并通过1月份的路基冻胀力学模型,分析冻胀带内水分相变引起的路基应力和变形的分布规律.研究发现,在冻胀区域一定的情况下,冻胀率的大小决定了路基表面应力和变形的极值大小;竖向位移的最大值在坡脚处产生,并向路基中部和左侧边界逐渐递减;随着冻胀率的增加,路基表面裂缝有从坡脚向路中发展的趋势;路基表面产生最大拉应力的位置与最大竖向位移的位置基本吻合;路中所承受的拉应力主要发生在水分集聚的相变带范围内.结果表明,相变作用是引起路基发生冻胀病害的直接因素,分析路基应力与变形的分布规律是研究多年冻土路基破坏机理的有效方法.     

高纬度多年冻土区路面类型对路基热稳定性影响分析

基于附面层理论,引入焓值建立伴有相变的二维非稳态温度场数值模型,分别对水泥混凝土和沥青两种路面下路基温度场的变化规律进行分析。研究结果表明,水泥混凝土路面下路基温度场明显低于沥青路面,不同深度处路基的温度场变化存在一定的滞后性,随深度的增加路基内温度场比路基基底以下的温度场变化幅度大;路表温度明显低于路基的内部温度,并在路基内部形成融土核;水泥混凝土路面融化深度小于沥青路面,融化速率趋于平稳,因此,在多年冻土区采用水泥混凝土路面比较有利。     

考虑融沉的冻土地区沥青路面结构设计

地基融沉是造成冻土地区路面病害的主要原因之一,在路面设计当中需要对此进行有效考虑。在对冻土地区路面破坏模式分析的基础之上,采用力学方法和数学方法对诱发常见路面病害的冻土融沉规律进行研究,对冻土温度场与环境温度变化的相关性规律以及不同融沉条件下路面结构内部的应力应变场进行研究,并通过大量的分析计算以及实地观测,提出了考虑融沉的路面设计方法和流程。该方法能够使路面设计时有效考虑未来融沉可能对基层、面层等不同层位产生的附加应力,从而使得在路面结构设计初期能够更加有效地考虑冻土融沉的影响。     

路基填挖交界处路面裂缝的三维有限元分析

为了合理铺设土工格栅,防止路基填挖交界处路面开裂,分别建立不加格栅和加入不同层数、不同长度格栅的路基有限元计算模型,分析了路面顶面的竖向位移和沿路线纵向水平应力应变以及格栅的应力应变。格栅的布设减小了路面顶面竖向位移,分散了集中在填挖交界处的拉应力和拉应变,各模型中格栅的最大拉应力均小于1 MPa,最大拉应变均小于0.3%,布设一层时的格栅或多层布设时的底层格栅,拉应力和拉应变从路堑一侧到路堤一侧逐渐减小,其余层格栅的拉应力和拉应变,以靠近交界处路堑一侧最大。对计算结果的分析表明,土工格栅消除或延缓了路面横向裂缝的发生,布设一层时的格栅或多层布设时的底层格栅,路堑一侧应长于路堤一侧,其余层宜以交界处为轴对称布设。     

多年冻土特征及其路基病害分析

结合工程实际阐述了多年冻土特征及其路基病害,提出路基设计应采取保护冻土的设计原则,通过优选线路、抬高路基、设置砂砾路面、增设保温护道、完善排水系统等措施可防止或减缓病害的发生。研究成果可以为相关工程设计、施工提供借鉴。     

沥青路面超载作用下力学性能敏感性分析

在不同荷载条件下变化沥青路面结构层的模量,找出沥青路面在超载作用下随结构参数变化路表弯沉、面层拉应力、基层拉应力、底基层拉应力和土基顶面压应变等力学性能及路用性能的变化规律,针对超载作用下的沥青路面要合理控制各结构层之间的模量关系,同时提高土基模量.为超载作用下沥青路面设计、施工提供理论依据.     

路基回弹模量对刚性路面疲劳寿命的影响分析

基于大型通用有限元软件ABAQUS,建立水泥混凝土路面结构体系三维有限元模型,针对2种路面结构形式和2种轴重的轴载作用,计算不同路基回弹模量下的路面结构响应,结合水泥混凝土疲劳方程,分析路基回弹模量对路面结构疲劳寿命的影响.结果表明,随着路基模量的增加,板底应力水平及变化率近似呈线性水平降低,而路面疲劳寿命与疲劳寿命折减率则呈现出较为明显的非线性变化,应力水平变化不大的条件将使得路面结构疲劳寿命产生显著影响;提高路基回弹模量在较高区间(40～60 kPa)将更加显著增大路面疲劳寿命,另外,增大轴载会使路面结构疲劳寿命显著降低.     

沥青路面土基永久变形预测

首先简要综述了车辆循环荷载下柔性路面路基变形的研究现状;然后,基于南非重车加载试验数据建立了一个简单的计算模型来预测柔性路面路基的永久变形量．该模型可以全面考虑路基材料特性、路基土在车辆荷载作用下的应力应变状况和荷载作用次数;最后,以一个柔性路面为例,应用该模型对循环荷载下的路基变形发展进行了预估。     

柔性路面级配碎石基层弹性模量取值研究

级配碎石材料具有显著的非线性特点,因此级配碎石弹性模量取值需考虑路面结构参数的影响.本文采用正交方法对影响柔性路面级配碎石基层应力状态的路面结构参数进行了分析,认为沥青面层厚度和土基模量是影响级配碎石基层弹性模量的主要因素.通过多元非线性回归分析,建立路面参数与级配碎石弹性模量的关系,提出了级配碎石基层弹性模量计算公式,较目前的经验取值方法更合理.