4 公路路基和桥涵地基承载力的理论分析.doc

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4 公路路基和桥涵地基承载力的理论分析

公路地基土(路基和桥涵)承载力 及其分类研究 报告简本 1 引言 地基承载力作为土体三大“经典稳定问题”之一,也是公路工程中地基评价和采取相应地基处理措施时需要解决的实际技术难题。公路路基和桥涵在地基的变形破坏类型、破坏机理、强度和变形等方面的要求与建筑等其它行业均有所不同,建筑物等刚性基础确定的地基承载力评价方法对公路路基柔性梯形荷载下的地基承载力评价并不适用,该方法直接应用到公路桥涵等刚性基础的地基承载力评价是否合适也还有待探讨。此外,建筑等规范中确定的地基承载力的现场测试方法主要是用于点工程,对公路路基这种线工程不是完全可行。因此,从公路工程建设发展的需求出发,开展公路路基和桥涵地基承载力及其分类研究,具有特别重要的现实意义。 2 公路路基和桥涵地基使用情况调查 在贵州、云南、新疆等省区公路路基和桥涵地基使用情况调查和病害工点大量调研的基础上,得出以下主要结论: (1)公路路基地基因承载力问题产生的破坏模式有整体剪切破坏(主要是软土地基)和局部剪切破坏; 图1 公路路基开裂及地表隆起 (2)公路路基斜坡地基上的软弱夹层处理不当时,路基容易沿软弱夹层产生滑移; (3)公路路基地基承载力受周围的地形、地貌和水等因素的影响; (4)地基承载力不足或过大的差异沉降都将导致涵洞的破坏。 3公路地基土工程特性及承载力测试方法研究 (1)砾类土、砂性土和细粒土载荷试验P-S曲线的研究对比分析表明,砾类土承载力很高,一般为500~1000kPa;砂类土中砂土承载力总体较高,细粒土砂和细粒土质砂与砂性土中细粒土的含量和工程性质有关,承载力差异较大,一般为200~500kPa;细粒土承载力总体较低,因土质类型、结构特征等的不同差异较大,一般为150~250kPa; 图2砾类土载荷试验P-S曲线 图3砂性土载荷试验P-S曲线 图4细粒土载荷试验P-S曲线 (2)红粘土、黄土、膨胀土、低液限粉土和低液限粘土等细粒土载荷试验P-S曲线的对比分析表明,不同土质的细粒土由于颗粒组成、结构性、化学成分等的差异,其承载力特征值有较大的差异。一般来说,红粘土等土体结构性强、粘粒含量高、可塑性好的土体具有较高的强度,承载力为120~280kPa;黄土等土体结构性差、粉粒含量高、水稳定性差的土体具有较低的强度,承载力为70~130kPa;而具有一定结构性,粘粒和粉粒都占有一定比例的土体如低液限粘土和膨胀土承载力居中,为100~200kPa; (3)公路路基和小桥涵地基承载力评价时,不宜采用载荷试验; (4)旁压试验可用于公路路基和小桥涵黄土和亚粘土地基承载力的评价; (5)静力触探试验(车载式和手动式)可用于公路路基和小桥涵细粒土地基承载力的评价,系统总结并提出了静力触探试验的经验关系式; (6)动力触探和标准贯入可作为公路路基和小桥涵细粒土地基承载力评价时的辅助测试方法以及粗粒土地基承载力评价时的主要测试方法,系统总结并提出了动力触探和标准贯入试验的经验关系式; (7)建筑规范中的地基承载力表可作为公路路基、小桥和涵洞地基承载力评价时的参考; (8)地基承载力的理论计算公式可作为公路小桥和涵洞地基承载力评价时的参考,不完全适用于公路路基地基承载力评价。 4 公路路基和桥涵地基承载力的理论分析 通过ANSYS有限元分析软件对刚性条形基础和柔性条形基础、公路梯形柔性荷载与建筑刚性条形基础地基受力变形特性的分析,以及公路路基和桥涵地基破坏模式的研究,得出以下主要结论: (1)刚性条形基础的基底接触应力先呈马鞍形分布,边缘大中间小,随荷载逐渐增大应力重分布,向中间集中,类似抛物线分布,而柔性基础的基底接触应力基本保持均匀;刚性基础的基底位移分布保持均匀,而柔性基础的基底位移一直是抛物线分布; (2)柔性基础比刚性基础较晚进入临塑状态,柔性基础地基的临塑荷载比刚性基础大,且随着粘聚力、内摩擦角和弹性模量的增加,刚性基础和柔性基础地基所对应的临塑荷载的差异也在逐渐加大; (3)不同粘聚力、内摩擦角和弹性模量的分析表明,柔性基础地基的极限承载力总体上略大于刚性基础; (4)柔性梯形荷载地基的应力变形规律受路基的弹性模量、基底宽度、基底高度和容重等的影响较小,主要与地基土的粘聚力、内摩擦角和弹性模量有关; (5)刚性条形基础地基和柔性梯形荷载地基在临塑阶段时,随着地基土粘聚力和内摩擦角的增加,基底的应力和变形都逐渐增大,随着地基土弹性模量的增大,基底的应力都逐渐增大,变形逐渐减小; (6)P-S/B曲线的分析表明,柔性梯形荷载地基弹塑性阶段时在相同荷载下的相对变形要大于刚性条形荷载地基; (7)粘聚力的大小对公路路基地基的破坏模式影响不大,随着内摩擦角与弹性模量的不同地基的破坏模式塑性变形的开展位置 (8)公路路基地基的破坏模式地基土的内摩擦角弹性模量在内摩擦角较小的

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