压实黄土路基变形影响因素数值地分析.pdfVIP

第一章绪论 第一章绪论 1．1问题的提出 我国的基础设施建设在最近几年有了飞跃的发展，随着我国国民经济的快速 增长，公路建设呈现出前所未有的发展势头。在国家提出“西部大开发必须加强 基础设施建设，近期要以公路建设为重点”的方针指导下，公路建设在西北黄土 地区加速展开。尤其是最近5年，黄土地区的高等级公路和普通公路建设大面积 展开，通车里程迅速增长。 黄土分布区域内的各类公路的通车里程从1990年的10．4万公里，到如今已 超过40万公里。而高速公路的增长更是迅速，从1990年西部第一条只有23．89 公里长的西(安)临(潼)高速公路通车至今，我国黄土地区高速公路通车里程 已经超过1万公里。据《交通运输“十二五”发展规划》计划显示，到2015年， 黄土地区公路总里程会达到47万公里左右，高速公路总里程将达到1．8万公里左 右。这也从根本上提升了黄土地区的交通保障能力，对经济发展具有重要意义和 非常重要的促进作用。 我国西北地区大面积分布着覆盖深厚的黄土，它既可作路基又可作筑路材料， 是公路建设的主要资源。但黄土具特殊的工程性质，如果技术措施处理不当，易 引起公路病害，使得黄土地区公路建设面临较多的实际工程问题，而且这些问题 一直困扰着该地区的公路建设。因此研究它就显得十分必要与迫切。 压实黄土路基在黄土地区公路建设中应用最多。近代交通运输所要求的行车 速度和载运重量日益提高，随着公路运营时间的延续和交通量的增长，压实黄土 路基在使用中相继出现了较多的问题，如地基沉陷、边坡坍滑、路面翻浆等灾害。 特别是经过压实处理的湿陷性黄土路基，在使用中出现的问题会更多。即使施工 质量比较好的压实黄土路基的高等级公路，也会在使用中出现路基塌陷、翻浆等 情况。 这些路基病害及由其引发的路面病害，使公路的使用寿命急剧降低，严重影 响了公路的正常使用。如天水定西高速公路，全长235公里，在正式通车不久， 其中总长31．08公里的路段，路面竞出现大面积坑槽塌陷，不得不进行返修。而 随后的道路维修工作不仅影响公路的正常使用，而且造成的经济损失和维修费用 也相当巨大。 压实黄土路基容易破坏，路基病害频发的原因是多方面的，如路基施工质量 差、排水不畅，地质调查不详，运营管理不规范等等，究其主要原因，其一是动 载，尤其是超载；其二是施工质量和环境条件。压实黄土路基长期的行车动荷载 作用以及环境条件的变化，使工程性质逐渐发生改变，最终发生路基变形破坏。 而重型车辆动载的存在大大加速了公路结构的变形破坏。只有深入认识压实黄土 路基的变形性质，才能究其根本，对症下药，采取合理的措施改善黄土地区的公 路修筑水平，以减少路基病害的发生。 在我国，目前关于车辆荷载作用下的路基的响应研究主要集中在理论分析上， 本文将在理论探讨的基础上，结合数值分析的手段，研究了压实黄土路基在长持 时行车荷载作用下的变形特征，主要目的就在于确定各因素对压实黄土路基变形 的影响和为黄土地区的公路建设提供一些可参考的依据。 1．2研究现状 车路不分家，对压实黄土路基的动力响应研究包括三个部分：一是对车辆动 态荷载特性的研究；二是路面路基结构的动力响应的研究；三是对压实黄土动力 特性及压实黄土路基在行车动荷载作用下响应的研究。 1．2．1。行车动荷载特性研究现状 在研究行车动荷载时主要从两个方面进行：一是建立车辆模型，计算轮胎的 动态力，即移动车辆施加给路面的动荷载；二是通过实验来测定车辆与路面的相 互作用的动荷载，考察其波动规律、荷载幅值和频率特性。 在相当长一段时间里，研究学者一般认为行车的荷载是大小不随时间变化的 恒定荷载，有时也被假设为随时间做周期变化的简谐荷载或者是冲击荷载123。可 是，实际情况并不是这样的，这些荷载形式都是理想的特殊荷载，真正的行车荷 载不仅是大小随时间变化而且空间位置也随时间变化的随机荷载。 事实上，行车动荷载主要是由路面不平整激励所产生的，分析表明，路面不 将路面不平度视为是行车偏离实际平坦表面的决定函数，并开始用PSD随机方式 道路的不平整性研究6；在道路与机场工程中，路面不平度的测定在相当长一段时 间内多采用3m法，即用3m长的直尺沿轮迹带测量最大高差。这种方法一是测 量速度慢，二是无法反映高程变化的快慢，即路面不平度的频率。因此，从70 年代开始，国际上相继提出了代替3m法的多种路面功率谱密度法，并且展开了 研究和应用。Tevelow