【博士】桥台后回填差异沉降控制标准及设计方法研究【2005】

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内容简介

　　学科专业：道路与铁道工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：东南大学　　学位年度： 2005年　　在地势不平坦地区或软土地区修筑公路时常建造桥梁以跨越沟、谷或软基路段的阻隔，这就形成了桥台后回填材料变形及稳定问题。路桥过渡段差异沉降发展至一定程度就会导致“桥头跳车”现象的发生。本文在桥台后回填材料工程特性及桥台后回填有限元模拟研究基础上，提出桥台后回填的差异沉降控制标准及回填设计方法与流程，旨在有效抑制差异沉降带来的公路结构物后路面的结构与功能性损害。本文主要研究内容与结论概述如下：　　1．材料工程特性三轴试验研究。根据材料三轴试验，分析了路面结构材料(大粒径沥青碎石、水稳碎石与级配碎石)回弹模量与回填材料(粉质粘土与碎石)的静，动力变形特性，以及已有计算公式的适用性：提出了修正的Li—Selig永久变形计算公式、材料非线性强度破坏准则表达式和密实状态下材料的剪胀系数表达式。　　2．材料本构模型研究。依据材料性能试验成果，推导得到了细粒材料与粗粒材料的屈服面与硬化规则表达式：引入次加载面(Subloading Surface)概念，将模型拓展为相应动力形式。采用向后Euler算法以及Newton．Raphson迭代方法积分本构方程，并以UMAT的形式嵌入到ABAQUS软件中。通过碎石材料的三轴试验有限元模拟初步验证了本构模型的适用性和有效性。　　3．桥台后回填差异沉降控制标准研究。通过ABAQUS大型有限元软件(交通荷载采用VDLOAD子程序模拟)，分析了桥台后回填区域上典型沥青路面结构的静、动力响应特性，以及差异沉降与路面结构损伤裂纹扩展直至破坏的发展规律，提出了路桥过渡段回填的差异沉降结构性控制标准。基于人、车、路振动模型及其相应解答，将结构性控制标准推广为可考虑公路等级差　　异的路桥过渡段差异沉降控制标准。　　4．交通荷载作用下桥台后回填长期变形计算方法研究．参照路面结构多层体系理论，根据弹性动力平衡微分方程与Fourier变换，推导得到移动条形荷载作用下弹性半平面多层体系动应力解答。根据修正的Li-Selig永久变形经验公式，推导得到平面应变条件下交通荷载作用引起的路表残余应力与残余变形计算公式，并采用Fortran语言编制相应计算程序RSTL．FOR。　　5．桥台后路堤荷载作用下饱和成层地基固结变形计算方法研究。基于Boussinesq弹性解、Terzaghi固结微分方程与Kelvin粘弹性应力应变微分方程，推导了半无限路堤荷载分级施工条件下成层地基固结变形解答，并采用Fortran语言编写了相应计算程序CSSML-FOR。　　6．桥台后回填设计方法研究。依据刚柔过渡设计思想与桥台后回填工后沉降设计计算方法，提出了设计年限为15年情况下桥台后回填(包括回填范围，回填材料选择与搭板设计)设计方法。根据桥台后回填工后沉降设计计算方法与差异沉降控制标准，提出了保证路桥过渡段正常工作的回填设计流程，并给出了相应的设计计算实例分析。　　7．桥台后回填加筋处治与设计方法研究。根据桥台与回填区域水平位移的倒三角形分布特征，提出了加筋长度随高度方向有所变化(即回填区底部短上部长)的铺设建议。根据加筋复合体形成机理以及桥台后加筋回填特性，提出了拔出破坏条件下加筋复合体材料强度与变形参数的简化计算方法。以第7章回填设计方法为基础，提出了桥台后加筋回填设计方法。　　本文开展的研究工作较为全面而深入地揭示了桥台后回填沉降变形规律，提出了相应沉降计算方法、差异沉降控制标准与回填设计流程，为相关工程实践提供了理论与技术支持。　　

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