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      橋頭過(guò)渡段差異沉降影響因素分析

      2015-01-14 01:56:14史軍強(qiáng)
      山西交通科技 2015年6期
      關(guān)鍵詞:工后橋頭斷面

      史軍強(qiáng)

      (山西省公路工程監(jiān)理技術(shù)咨詢公司,山西 太原 030006)

      在高速公路橋頭過(guò)渡段,由于地基土含水量高、壓縮性強(qiáng)的特性,在填料自身荷載以及車輛沖擊振動(dòng)荷載作用下會(huì)發(fā)生沉降變形,這是產(chǎn)生橋頭過(guò)渡段路基“橋頭跳車”現(xiàn)象的主要原因,對(duì)于高速公路行車舒適性有著嚴(yán)重影響。本文依據(jù)橋頭過(guò)渡段路基差異沉降的病害類型,分析了不同差異沉降類型的成因以及機(jī)理,結(jié)合某高速公路橋頭過(guò)渡段路基土力學(xué)特性,計(jì)算不同影響因素對(duì)橋頭過(guò)渡段路基沉降的影響,研究各影響因素對(duì)于路基沉降的敏感性,為研究橋頭過(guò)渡段路基差異沉降處治技術(shù)提供基礎(chǔ)。

      1 路基沉降分析模型的建立

      1.1 路基模型的基本假設(shè)

      在土力學(xué)計(jì)算理論中,Mahrcoulomb準(zhǔn)則[1]是其中較為常用的屈服準(zhǔn)則,目前的土力學(xué)計(jì)算中一般采用另一種更能準(zhǔn)確反映土質(zhì)材料強(qiáng)度的準(zhǔn)則,即為Drucker-Prager屈服準(zhǔn)則[2]。

      Drucker-Prager模型的屈服準(zhǔn)則表達(dá)式如式(1):

      一般來(lái)說(shuō),可以將公路路基沉降劃分為兩部分:一種為公路地基在路基等附加應(yīng)力的作用下發(fā)生的固結(jié)壓縮變形,也可以稱之為地基沉陷。另外一種是路基本身在自重應(yīng)力以及路面荷載的作用下發(fā)生的壓縮變形。本文采用有限元方法模型假設(shè)如下[3]:

      a)按照二維平面模型計(jì)算分析;

      b)土質(zhì)為彈塑性材料,采用D-P本構(gòu)模型;

      c)各層之間完全連續(xù),無(wú)相對(duì)滑移;

      d)模型底面不發(fā)生豎向變形,側(cè)面不發(fā)生水平方向變形。

      1.2 某高速公路橋頭過(guò)渡段地基土分類及模型計(jì)算參數(shù)

      某高速公路橋頭過(guò)渡段地基土的組成主要有黃土狀土、粉質(zhì)黏土、亞砂土、黏土以及淤泥質(zhì)黏土等類型,根據(jù)勘測(cè)試驗(yàn)結(jié)果,選擇3種工況條件的地質(zhì),進(jìn)行有限元計(jì)算分析,其具體分布如表1~表4所示。

      表1 工況一條件下模型計(jì)算參數(shù)

      表2 工況二條件下模型計(jì)算參數(shù)

      表3 工況三條件下模型計(jì)算參數(shù)

      表4 路基土性質(zhì)參數(shù)

      2 填筑高度對(duì)路基沉降的影響分析

      路基填筑高度即表現(xiàn)為路基自重的增加,路基的填筑高度對(duì)于地基的附加應(yīng)力的變化具有直接的影響作用,路基對(duì)地基的附加應(yīng)力隨著路堤填筑高度的增加而增加,另外,由于路基填筑高度的增加,路基自身的壓縮變形厚度也隨之增大,會(huì)造成路基自身壓縮變形量的增加,所以路基填筑高度是影響路基沉降的主要原因之一[4]。

      根據(jù)某高速公路實(shí)際工程情況,選擇3種不同工況條件下的地基類型,按照不同的路基高度建立有限元模型,進(jìn)行不同的地基類型、不同的路基填料條件下的路基頂面沉降量變化規(guī)律的計(jì)算分析,路堤填筑高度取值分別為4 m、6 m、8 m以及10 m四種,路基寬度為28 m,邊坡坡度為1∶1.5;地基土種類分別為:黃土狀土、粉質(zhì)黏土、亞砂土、淤泥質(zhì)黏土等類型,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5所示。

      表5 不同路堤填筑高度條件下路基最大沉降量 cm

      圖1 不同路堤填高條件下路基最大沉降量

      分析表5不同路堤高度條件下路基頂面沉降計(jì)算結(jié)果以及圖1不同高度從路基沉降曲線可以得出如下結(jié)論:

      a)路基沉降量與填筑高度成正相關(guān),且沉降速率隨著填筑高度的增加而迅速增大。在路基填土種類相同的條件下,填筑高度越高,沉降變化速率越大,表明路基沉降量受路基填土高度的影響較為敏感。

      b)對(duì)于亞砂土、淤泥質(zhì)土等承載能力較低的土質(zhì)狀況,在相同路基填高的條件下,沉降量隨土質(zhì)承載能力的降低而增大,承載能力越低沉降量變化速率越快。

      3 施工時(shí)間對(duì)沉降的影響分析

      為了對(duì)路基施工周期對(duì)于路基施工期沉降的影響程度,選擇某高速公路橋頭過(guò)渡段不同斷面埋設(shè)沉降觀測(cè)板,對(duì)于不同填筑高度的路基進(jìn)行路基沉降觀測(cè),各斷面產(chǎn)生的沉降觀測(cè)結(jié)果如下。

      3.1 施工時(shí)間

      斷面1為90 d,斷面2為45 d,路基填筑高度都為5 m,沉降觀測(cè)結(jié)果、施工進(jìn)度以及沉降變化曲線分別如表6、圖2以及圖3所示。

      表6 斷面1、斷面2沉降觀測(cè)結(jié)果

      圖2 斷面1、斷面2施工進(jìn)度

      圖3 斷面1、斷面2沉降變化曲線

      3.2 施工時(shí)間

      斷面3為120 d、斷面4為90 d,路基填筑高度都為10 m,沉降觀測(cè)結(jié)果、施工進(jìn)度以及沉降變化曲線分別如表7、圖4以及圖5所示。

      表7 斷面3、斷面4沉降觀測(cè)結(jié)果

      圖4 斷面3、斷面4施工進(jìn)度

      圖5 斷面3、斷面4沉降變化曲線

      分析不同高度路基沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)及沉降變化曲線可以得出:

      a)對(duì)于相同填筑高度的路基,施工時(shí)間的不同對(duì)于路基總沉降量影響較小,其差別約在5%~10%之間,而路基施工時(shí)間對(duì)于路基的工后沉降量有著明顯的影響,其施工時(shí)間越短,工后沉降量越大,說(shuō)明路基在短時(shí)間內(nèi)不能完成塑性壓縮變形。

      b)在滿足路基施工工期的條件下,應(yīng)該減小路基填筑速率延長(zhǎng)施工時(shí)間,從而使得路基在自重作用下有足夠的時(shí)間發(fā)生固結(jié)沉降,以減小路基工后沉降。

      4 結(jié)論

      本文分析了橋頭過(guò)渡段路基差異沉降類型以及不同類型路基的成因和機(jī)理,并且結(jié)合某高速公路橋頭過(guò)渡段路基土力學(xué)特性,計(jì)算分析了不同填筑高度以及施工時(shí)間對(duì)橋頭過(guò)渡段路基沉降的影響規(guī)律,研究了各影響因素對(duì)于路基沉降的敏感性,得出如下結(jié)論:

      a)路基沉降量與填筑高度成正相關(guān),且沉降速率隨著填筑高度的增加而迅速增大。

      b)對(duì)于亞砂土、淤泥質(zhì)土等承載能力較低的土質(zhì)狀況,在相同路基填高的條件下,沉降量隨土質(zhì)承載能力的降低而增大,承載能力越低沉降量變化速率越快。

      c)對(duì)于相同填筑高度的路基,施工時(shí)間的不同對(duì)于路基總沉降量影響較小,而路基施工時(shí)間對(duì)于路基的工后沉降量有著明顯的影響,其施工時(shí)間越短,工后沉降量越大,說(shuō)明路基在短時(shí)間內(nèi)不能完成塑性壓縮變形。

      d)在滿足路基施工工期的條件下,應(yīng)該減小路基填筑速率延長(zhǎng)施工時(shí)間,從而使得路基在自重作用下有足夠的時(shí)間發(fā)生固結(jié)沉降,以減小路基工后沉降。

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