本文選題：現(xiàn)場試驗 + 數值模擬　； 參考：《華中科技大學》2014年博士論文

【摘要】：目前,我國尚無黃土地區(qū)公路建設規(guī)范,對黃土地區(qū)公路路堤變形特性缺乏系統(tǒng)的研究。受路堤填料性質、環(huán)境因素和重載車輛荷載的影響,黃土地區(qū)公路路堤尤其是非對稱路堤,經常出現(xiàn)過大沉降、不均勻沉降、邊坡失穩(wěn)和支擋結構破壞等病害,嚴重影響了公路的長期運營性能。研究重載交通條件下路基不均勻沉降的成因,分析行車動荷載作用下路基的力學響應,進一步摸清黃土路堤動力變形特性,對治理公路病害、延長公路使用壽命、減少后期養(yǎng)護費用具有重要的理論與工程實際意義。本文通過開展現(xiàn)場試驗和數值模擬分析,對黃土地區(qū)非對稱加筋路堤作用機理、變形特性、穩(wěn)定性和動力響應特性進行了系統(tǒng)的研究。 (1)采用顆粒流軟件PFC2D建立格柵加筋拉拔數值模型,對拉拔過程中筋土界面的宏觀力學行為和細觀組構參量的演化規(guī)律進行了分析,模擬結果表明：剪切帶內砂土的組構各向異性直接影響了砂土的抗剪強度；強力鏈組構各向異性主方向與主應力方向相一致,在荷載傳遞過程中起主導作用,而弱力鏈組構各向異性主方向與主應力方向相垂直。 (2)針對黃土地區(qū)非對稱路堤長期監(jiān)測資料空白的現(xiàn)狀,在山平高速公路試驗段開展現(xiàn)場監(jiān)測工作,對黃土非對稱加筋路堤地基沉降、側向位移、基底壓力和格柵變形進行了研究。試驗結果表明：采用格柵加筋能有效減小非對稱路堤側向變形；路堤填筑過程中,相同豎向位置處第一層格柵應變最大,第二層格柵次之,第三層格柵最小 (3)通過建立二維有限元數值模型,對采用格柵加筋和加EPS (Expandable Polystyrene Sheet)板工況下黃土非對稱加筋路堤在填筑期和運營期的變形特性進行了對比分析,對交通荷載大小、格柵剛度和加筋間距等重要設計參數進行了參數分析。數值模擬結果表明：交通荷載作用下,采用格柵加筋可以很好地控制非對稱黃土路堤的沉降和側向變形；交通荷載越大,加筋效果越顯著；增加格柵剛度和減小格柵間距對于控制坡腳側向位移的約束效果較好,而對于減小路堤頂面沉降效果不明顯。 (4)通過建立數值模型,對比分析了加格柵和加EPS板工況下黃土非對稱加筋路堤的穩(wěn)定性,研究了填土參數、加筋參數、路堤高差和交通荷載大小對路堤邊坡穩(wěn)定性的影響。數值模擬結果表明：采用格柵加筋路堤的邊坡安全系數始終大于加EPS板工況,格柵加筋路堤破壞時所出現(xiàn)的塑性貫通區(qū)面積比加EPS板時大,格柵加筋路堤的穩(wěn)定性好于加EPS板工況。 (5)考慮山西省運煤車輛行車荷載的影響,將交通荷載視為半正弦波循環(huán)荷載,通過數值模擬研究了黃土地區(qū)非對稱加筋路堤的動力特性,對交通荷載振幅、頻率、行車間隔和路堤兩側高差等重要參數進行了參數分析。數值模擬結果表明：交通荷載振幅和頻率對路堤變形影響較大,而行車間隔和路堤兩側高差的影響較��；交通荷載作用下,采用格柵加筋的黃土非對稱路堤變形控制效果好于加EPS板。 本文研究成果對于將格柵加筋應用于黃土地區(qū)非對稱公路路堤變形控制具有重要的參考價值,對于提高黃土地區(qū)公路路堤設計水平,延長路堤使用壽命,減少路堤養(yǎng)護費用具有重要的理論意義和實際意義。
[Abstract]:At present , there is no systematic study on the road embankment deformation characteristics in loess area , which has seriously affected the long - term operation performance of the highway . The paper studies the mechanism , deformation characteristics , stability and dynamic response characteristics of asymmetric stiffened embankment in loess area .

( 1 ) Using the particle flow software PFC2D , a numerical model of grid reinforcement drawing is established , and the macro - mechanical behavior and the evolution law of the meso - structure parameters are analyzed . The simulation results show that the texture anisotropy of the sand in the shear zone directly affects the shear strength of the sand .
The main direction of the strong chain fabric anisotropy is consistent with the main stress direction , and plays a leading role in the process of load transfer , while the main direction of the weak force chain fabric anisotropy is perpendicular to the main stress direction .

( 2 ) On the basis of the present situation of long - term monitoring data of asymmetric embankment in loess area , on - site monitoring work is carried out in the test section of Shanping Expressway , and the foundation settlement , lateral displacement , foundation pressure and grid deformation of asymmetric reinforced embankment of loess are studied . The results show that the lateral deformation of asymmetric embankment can be effectively reduced by using grid reinforcement .
In the process of embankment filling , the first grid strain at the same vertical position is the largest , the second grid is the next , and the third grid is the smallest .

( 3 ) By establishing a two - dimensional finite element numerical model , the deformation characteristics of the loess asymmetric reinforced embankment under the condition of grid reinforcement and EPS are compared and analyzed , and the parameters of the important design parameters such as traffic load size , grid rigidity and reinforcement spacing are analyzed . The numerical simulation results show that under the action of traffic load , the settlement and lateral deformation of the asymmetric loess embankment can be well controlled by using the grid reinforcement .
The greater the traffic load , the more significant the reinforcement effect .
The effect of increasing the grid stiffness and reducing the grid spacing on the lateral displacement of the control groove is better , and the settlement effect of the embankment top surface is not obvious .

( 4 ) By establishing a numerical model , the influence of filling parameters , reinforcement parameters , height difference of embankment and traffic load on the stability of embankment slope is studied .

( 5 ) Considering the influence of traffic load of coal - carrying vehicles in Shanxi Province , the traffic load is considered as a half - wave - wave cyclic load , and the dynamic characteristics of asymmetric stiffened embankment in loess area are studied by numerical simulation . The numerical simulation results show that the amplitude and frequency of traffic load have great influence on embankment deformation , and the influence of traffic load amplitude and frequency on embankment deformation is relatively small ;
Under the action of traffic load , the deformation control effect of loess asymmetric embankment with grid reinforcement is better than that of EPS board .

The research results are of great reference value to the application of grid reinforcement in the deformation control of asymmetric highway embankment in loess area . It is of great theoretical and practical significance to improve the design level of highway embankment in loess area , extend the service life of embankment and reduce the maintenance cost of embankment .
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U416.12

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本文編號：2104517