极软岩填方路堤变形特性研究——以西攀高速公路为例
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摘要
变形问题一直是公路路基研究解决的主要问题。对路堤变形性状的分析研究，不仅是正确认识和评价路基稳定的基础，也是提高路基设计水平，发展施工控制技术的有效途径。本论文结合西攀高速公路试验路段(LK0+900～LK1+000)的地基工程问题，重点对该区的特殊地层——昔格达地层填筑路堤的变形问题进行了分析和研究。
首先，通过现场调研、勘察，查明研究区段的地层结构及地基土的物理力学性质，获得地基土的基本性状特征；通过大量昔格达地层填料试样的室内、室外土工试验，获取一系列昔格达地层填料的物理力学指标，掌握昔格达填料的基本强度以及变形特性；然后，根据试验段路堤施工加载期间的分层沉降变形观测结果，探讨路堤自身各部位的沉降规律，昔格达土层的压缩变化规律；结合现场条件，选取代表性剖面，建立填方路堤变形的计算模型，对其进行数值分析，将有限元计算结果和变形预测的结果进行对比评价分析；建立不同的昔格达地层填料填方路基模型，通过有限元方法对昔格达地层所成路堤进行机制模拟、变形计算，探讨影响该极软岩填筑路堤沉降变形的主要因素；最后，根据路基施工结束后的沉降变形观测结果，选择常用的预测模型对未来沉降进行预测，选择最优的预测方法进行后期沉降的推算，指导后续施工和优化设计，减少工后沉降量。
通过此次研究，获得了对路堤变形问题的新的认识，即为了控制路堤的沉降变形，不仅应满足现行规范中规定的压实度标准，还应该引入填料压实后的力学参数——变形模量值标准，实行双重控制标准，而对于昔格达地层这种混合填料，为了获得较大的模量值，应该控制填料中泥岩的含量；现行公路路基施工规范中对路堤填筑时分层填筑厚度的规定值，在压实机具功能满足的条件下，可以适当提高。
Deformation problem is one of the most important problems in the roadbed filling engineering. Research on deformation characteristic of roadbed is not only basis of rightly acquainting and valuing stability of roadbed, but also effective ways of improving roadbed-design level and developing construct-controlling technique. According to the question of foundation
engineering from test section ( LKO+900 to LK1+000 ) of Xichang--Panzhihuang express
highway, this paper put up important systems analysis and study on the deformation of roadbed which is filled by special stratum on site--Xigeda stratum.
Firstly, this paper traversed engineering geological condition, physics and mechanics characteristic of foundation soil in the test section of the express highway by the detailed exploring. At the same time, by the large quantity of testing of Xigeda stratum soil, physics and mechanics characteristic of soil were acquired, intensity and deformation characteristic were mastered, the use for roadbed- filling was discussed. Then, based on deformation observed results of roadbed in loading period, the settlement and condensation rules of many parts of roadbed and were studied. Combining with local geological conditions, the roadbed model were founded and were numerically simulated by FEM. The simulating results and observed results were compared. At one time, many influencing factors were studied by founding all kinds of roadbed models and FEM numerically simulating. At last, according to observed results of deformation of roadbed after loading period, the settlement and condensation rules of roadbed were studie
d. The future settlement was forecasted by some common forecasting models, fit precision and results were evaluated and analyzed. The most suitable forecasting model was selected to use, to guide future construction and optimize design.
By the research, some creative conclusions about deformation problem are put out as follows. To control the settlement of roadbed, the degree of compaction regulated by current criterion is not
enough, the mechanics parameter of filler compacted--deformation parameter should be
considered and dual control criterion should be put in practice. To get upper deformation parameter of Xigeda stratum filler, the percentage of mudstone should be controlled. The thickness of filling layer regulated by current criterion can be increased if the compaction car has proper function.
首先，通过现场调研、勘察，查明研究区段的地层结构及地基土的物理力学性质，获得地基土的基本性状特征；通过大量昔格达地层填料试样的室内、室外土工试验，获取一系列昔格达地层填料的物理力学指标，掌握昔格达填料的基本强度以及变形特性；然后，根据试验段路堤施工加载期间的分层沉降变形观测结果，探讨路堤自身各部位的沉降规律，昔格达土层的压缩变化规律；结合现场条件，选取代表性剖面，建立填方路堤变形的计算模型，对其进行数值分析，将有限元计算结果和变形预测的结果进行对比评价分析；建立不同的昔格达地层填料填方路基模型，通过有限元方法对昔格达地层所成路堤进行机制模拟、变形计算，探讨影响该极软岩填筑路堤沉降变形的主要因素；最后，根据路基施工结束后的沉降变形观测结果，选择常用的预测模型对未来沉降进行预测，选择最优的预测方法进行后期沉降的推算，指导后续施工和优化设计，减少工后沉降量。
通过此次研究，获得了对路堤变形问题的新的认识，即为了控制路堤的沉降变形，不仅应满足现行规范中规定的压实度标准，还应该引入填料压实后的力学参数——变形模量值标准，实行双重控制标准，而对于昔格达地层这种混合填料，为了获得较大的模量值，应该控制填料中泥岩的含量；现行公路路基施工规范中对路堤填筑时分层填筑厚度的规定值，在压实机具功能满足的条件下，可以适当提高。
Deformation problem is one of the most important problems in the roadbed filling engineering. Research on deformation characteristic of roadbed is not only basis of rightly acquainting and valuing stability of roadbed, but also effective ways of improving roadbed-design level and developing construct-controlling technique. According to the question of foundation
engineering from test section ( LKO+900 to LK1+000 ) of Xichang--Panzhihuang express
highway, this paper put up important systems analysis and study on the deformation of roadbed which is filled by special stratum on site--Xigeda stratum.
Firstly, this paper traversed engineering geological condition, physics and mechanics characteristic of foundation soil in the test section of the express highway by the detailed exploring. At the same time, by the large quantity of testing of Xigeda stratum soil, physics and mechanics characteristic of soil were acquired, intensity and deformation characteristic were mastered, the use for roadbed- filling was discussed. Then, based on deformation observed results of roadbed in loading period, the settlement and condensation rules of many parts of roadbed and were studied. Combining with local geological conditions, the roadbed model were founded and were numerically simulated by FEM. The simulating results and observed results were compared. At one time, many influencing factors were studied by founding all kinds of roadbed models and FEM numerically simulating. At last, according to observed results of deformation of roadbed after loading period, the settlement and condensation rules of roadbed were studie
d. The future settlement was forecasted by some common forecasting models, fit precision and results were evaluated and analyzed. The most suitable forecasting model was selected to use, to guide future construction and optimize design.
By the research, some creative conclusions about deformation problem are put out as follows. To control the settlement of roadbed, the degree of compaction regulated by current criterion is not
enough, the mechanics parameter of filler compacted--deformation parameter should be
considered and dual control criterion should be put in practice. To get upper deformation parameter of Xigeda stratum filler, the percentage of mudstone should be controlled. The thickness of filling layer regulated by current criterion can be increased if the compaction car has proper function.
引文
[1] 霍明，山区高速公路勘察设计指南，人民交通出版社，2003．7
[2] 邓学均，路基路面工程，人民交通出版社，2001．11
[3] 冯文凯，山区高等级公路填方段软基变形破坏预测评价 (硕士学位论文)，成都理工大学，2002
[4] 聂德新、刘惠军等，西攀高速公路昔格达地层用作路堤填料研究报告，成都理工大学工程地质研究所，2003．12
[5] 罗永利、刘东生，昔格达组沉积环境演化与旋回地层学研究，第四纪研究，1998，No．4。
[6] 蒋复初、吴锡浩等，四川泸定昔格达组时代及其新构造意义，地质学报，1999，Vol．73，No．1
[7] 李小泉，粟子坪水电站厂基昔格达土的工程特性，水电工程研究，1996，No．12
[8] 袁光国，二滩昔格达粉质土的物理力学特性，水电工程研究，NO．1，1986
[9] 王金国，二滩水力发电厂滑坡整治设计，水文地质工程地质，NO．2，2001
[10] 周云金、曾联明，红格提水工程二级泵站昔格达地层特性及坡体变形成因分析，水电站设计，Vol．16，No．2，2000
[11] 孔德坊、黄俊，昔格达组粘土的力学特性及其与滑坡产生的关系，孔德坊文集，地质出版社，1997
[12] 彭盛恩，昔格达土组粘土的工程地质特性研究，水文地质工程地质，第二期，1986
[13] 刘宏，四川九寨黄老机场高填方地基变形及稳定性系统研究 (博士学位论文)，成都理工大学，2003
[14] 中华人民共和国行业标准，公路路基设计规范 (JTJ013-95)，人民交通出版社，2001
[15] 王其昌主编，高速铁路土木工程，西南交通大学出版社，2000
[16] 谢春庆，山区机场高填方块碎石夯实地基性状及变形研究 (博士学位论文)，成都理工大学，2001
[17] 罗恒，耒宜高速 (南段) 路基沉降检测及分析，长沙铁道学院学报，2002，(2)
[18] 胡庆国等，高速公路软基分层沉降观测及问题初探，长沙铁道学院学报，1999，(1)
[19] 方建勤，动态观测在软土地基路堤填筑施工中的应用，岩土力学，1999，(1)
[20] 钟才根等，高速公路软基路堤沉降速率控制，华东公路，2002，(3)
[21] 杨建民，塑料排水板处理软基沉降观测分析，中南公路工程，1999，(1)
[22] 黎莉，填石路堤沉降观测数据分析，中南公路工程，2002，(1)
[23] 刘银生，填土路基不均匀沉降分析，中南公路工程，1999，(4)
[24] 陈希哲，土力学地基基础，清华大学出版社，1996．3
[25] 龚晓南，高等土力学，浙江大学出版社，2002．3
[26] Coleman J.D & Russamk, Some Uses of Stress and Strain Invariants in the Thermodynamic Study of Soils, Geotech. 1961,11(1)
[27] Fredlund D．G & Rahardio H，Soil Mechanics for Unsaturated Soils(非饱和土力学)，中译本，中国建筑工业出版社，北京，1997
[28] 王晓放等，软土地基上高速铁路路基的沉降计算问题，西部探矿工程，2002，(1)
[29] 刘保健等，公路软基在变荷载条件下的沉降计算，中国公路学报，2000，(4)
[30] 钱玉林，路堤沉降计算方法的适用性研究，扬州大学学报，1999，(1)
[31] 赵九斋．连云港软土路基沉降研究，岩土工程学报，2000，(6)
[32] 陆永青等，软基路基沉降计算方法的讨论，华东公路，1997，(6)
[33] 崔维孝，浅议逐级加荷条件下分时沉降计算，路基工程，2002，(2)
[34] 安关峰等，软土地基上填土桥后沉降三维有限元研究，岩土力学，2000，(3)
[35] 何兆益等，高填方路堤填筑体沉降的三维有限元分析，重庆交通学院学报，2000，(3)
[36] 王茂和等，用二次多项式拟合曲线推算最终沉降量，华东公路，1999．(6)
[37] 宰金珉，泊松曲线的特征及其在沉降预测中的应用，重庆建筑大学学报．2001，23(1)．
[38] 梅建雄，公路工后沉降预测新方法，浙江交通科技．2000(1)．
[39] 邵光辉，复合双曲线法预测公路沉降探讨，林业建设．2001(6)．
[40] 石世云，多变量灰色模型 MGM (1，n) 在变形预测中的应用，测绘通报．1998(10)．
[41] 张仪萍，沉降的灰色预测，工业建筑．1999，29(4)．
[42] 吴大志等，灰色理论在高路堤沉降预测中的应用，中南工业大学学报，2002，(3)
[43] 曾超等，灰色模型 (GM) 在软土路基沉降量预测中的应用研究，勘察科学技术．2002(1)
[44] Ian Flood, Nabil Katram, Neural Networks in Civil Engineering, Principles and Understanding, Comp. Engrg. ASCE. 1994,8(2)
[45] Shi J.S, Ortigao J.A. R, Modular Neural Networks for Predicting Settlements during Tunneling, Geotech. Engrg. ASCE. 1998,124(5)
[46] 石成钢、刘西拉，人工神经网络在震害预测中的应用，地震工程与工程振动，1991，11(2)
[47] 李素艳，高填路堤沉降的神经网络动态预测，桂林工学院院报，2002，22(3)
[48] 李凡等，用小波神经网络预测高速公路软土地基最终沉降量，合肥工业大学学报，2001，(6)
[49] 张吾渝，公路路堤软土地其沉降的一维动态反演预测分析方法，力学与实践．2000，22(4)．
[50] 谭昌明，公路路堤软土地基沉降的二维反演与预测，公路交通科技．2001，18(5)．
[51] 中华人民共和国行业标准，公路土工试验规范 (JTJ051-95)，人民交通出版社，2002
[52] 中华人民共和国行业标准，公路路基施工技术规范(JTJ033-95)，人民交通出版社，1996
[53] 钱家欢、殷宗泽，土工原理与计算，水利水电出版社，北京，1994
[54] 秦四清、张倬元，非线性工程地质学导引，西南交通大学出版社，成都，1993
[55] 黄润秋、许强，工程地质广义系统科学分析原理及应用，地质出版社，北京，1997
[56] 张慧梅，人工神经网络在软土地基路基沉降预测中的应用，长安大学学报，2002，(4)
[57] 闻新、周露等，MATLAB神经网络应用设计，科学出版社，北京，2000
[58] 飞思科技产品研发中心，MATLAB6.5辅助神经网络分析与设计，电子工业出版社，北京，2003
[59] 许东、吴铮，基于MATLAB6.x的系统分析与设计——神经网络，西安电子科技大学出版社，西安，2002
[60] 刘思峰、郭天榜等，灰色理论及其应用，科学出版社，北京，1999
[61] 邓聚龙，灰理论基础，华中科技大学出版社，武汉，2002
[62] 邓聚龙，灰预测与灰决策，华中科技大学出版社，武汉，2002
[63] U.F.A. Karim, H. van Meekreken, R. Feenstra, Settlement of a bridge embankment on soft soils, Geotechnical Engineering Vol. 157, Jan, 2004, P9-12
[64] De. Mell, V.B.B(1977).Reflection on decisions of practical significance to embankment dam construction, 17th Rankine lecture. Geoteohnigue, 27. No3,281-354
[65] Clayton, CRI, Muller Steinhagen, Steinhagen, H M, Powrie, W, Terzaghi, K, Skempton, A W, Terzaghi' s theory of consolidation, and the discovery of effective stress, Geotechnical Engineering Vol. 107,Oct, 1995, P191-205
[66] TaylorD. E, and Merchant W. A Theory of clay consolidation Accounting for secondary compressing. Journal of Mathematics and physics, No. 3,1940
[67] Lopes, F R, Souza, O S N, Soares, J E S, Long-term settlement of a raft foundation on sand, Geotechnical Engineering Vol. 107, Jane, 1994, P11-16
[68] Pane, V.,Croce, P. Znidarcic, D.,Ko, H.-Y.,Olsen, H.w.,and Schiffman, R. 1. (1983). "Effects of consolidation on permeability measurements for soft clay". Geotechnique, London, England, 33(1),P67-72
[69] Hills, C W W, Denby, B, The prediction of opencast backfill settlement, Geotechnical Engineering Vol. 119, July, 1996, P167-176
[2] 邓学均，路基路面工程，人民交通出版社，2001．11
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