黄土沟谷区高填方路堤沉降变形规律试验研究

作     者：蒋再敏 

作者单位：兰州交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄志军;唐玉龙

授予年度：2022年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：黄土沟谷区 高填路堤 变形监测 数值模拟 沉降分析 

摘      要：新建通定高速为西北大交通圈公路网的重要组成部分,其修筑过程穿越了大量的黄土沟谷区。依托通定高速ZK61+880～ZK61+960高填方段,对修筑在该段沟谷区的高填方路堤开展了长达9个月的现场试验,测得路堤的横向位移、竖向沉降、不均匀沉降等数据。同时对施工现场取回的土样开展室内土工试验,测得土的物理力学参数用于数值模拟分析。结合现场试验和数值分析,探究黄土沟谷区的高填方路堤沉降变形规律,为类似的沟谷区路堤施工提供一些参考与建议。本文的研究内容与结论有以下几点:(1)从该高填路堤施工现场取回黄土土样,并测定了土样的含水率、液塑限、粘聚力c、内摩擦角φ等物理力学参数,为后续的沉降规律分析提供相应的支撑。(2)通过埋设温度传感器和水分传感器监测高填路堤内温湿变化情况,采集路堤不同位置土体的温度和含水率数据进行分析,监测结果表明:大气温度对路堤土体温度的影响存在滞后效应,并且在沿着路堤深处方向影响越来越小,路堤深处保持在11℃附近。含水率则是沿着路堤深度逐渐增大,并且会随着天气、地下水含量的变化而变化,连续降雨会使得路堤0～2m范围内的含水率迅速增加。(3)通过在高填路堤内埋设测斜管、分层沉降管、剖面沉降管等土体变形监测仪器监测路堤沉降变形情况,监测结果表明:高填路堤最大的横向位移量发生在路堤高度的1/3处。沉降主要来自于填筑体自身的压缩沉降,若把填筑土体从下到上分为四层,上层的沉降速率大于下一层,并在180d后趋于稳定。路堤的横向位移和竖向沉降,都会受到路堤填筑高度和地形的影响。新旧路基交接处,其沉降量曲线会出现“突变,有比较明显的不均匀沉降现象。(4)通过数值分析软件MIDAS-GTS对此高填方路堤施工过程进行模拟,并通过改变模型的填筑高度、沟谷区边坡角度、台阶开挖方式、土体含水率等,模拟计算出不同工况下路堤的沉降变形情况,数值模拟结果表明:路堤沉降量与填土高度呈正相关,含水率改变会引起土体压缩模量改变从而影响沉降。高填路堤在沟谷地区上填筑的总沉降量比在水平地区上填筑小,但路堤顶面的沉降量差值会更大。当沟谷区的边坡坡度从40°增加至45°,沉降曲线形态会出现较大变化,随着坡度放缓不均匀沉降随之减小。而挖台阶可以同时减少路堤总沉降和不均匀沉降。