橋臺后回填差異沉降控制標準及設計方法研究.pdf

1、在地勢不平坦地區(qū)或軟土地區(qū)修筑公路時常建造橋梁以跨越溝、谷或軟基路段的阻隔，這就形成了橋臺后回填材料變形及穩(wěn)定問題。路橋過渡段差異沉降發(fā)展至一定程度就會導致“橋頭跳車”現象的發(fā)生。本文在橋臺后回填材料工程特性及橋臺后回填有限元模擬研究基礎上，提出橋臺后回填的差異沉降控制標準及回填設計方法與流程，旨在有效抑制差異沉降帶來的公路結構物后路面的結構與功能性損害。本文主要研究內容與結論概述如下： 1．材料工程特性三軸試驗研究。根據材料三

2、軸試驗，分析了路面結構材料(大粒徑瀝青碎石、水穩(wěn)碎石與級配碎石)回彈模量與回填材料(粉質粘土與碎石)的靜、動力變形特性，以及已有計算公式的適用性；提出了修正的Li-Selig永久變形計算公式、材料非線性強度破壞準則表達式和密實狀態(tài)下材料的剪脹系數ζ表達式。 2．材料本構模型研究。依據材料性能試驗成果，推導得到了細粒材料與粗粒材料的屈服面與硬化規(guī)則表達式；引入次加載面(Subloading Surface)概念，將模型拓展為相應動

3、力形式。采用向后Euler算法以及Newton-Raphson迭代方法積分本構方程，并以UMAT的形式嵌入到ABAQUS軟件中。通過碎石材料的三軸試驗有限元模擬初步驗證了本構模型的適用性和有效性。 3．橋臺后回填差異沉降控制標準研究。通過ABAQUS大型有限元軟件(交通荷載采用VDLOAD子程序模擬)，分析了橋臺后回填區(qū)域上典型瀝青路面結構的靜、動力響應特性，以及差異沉降與路面結構損傷裂紋擴展直至破壞的發(fā)展規(guī)律，提出了路橋過渡段

4、回填的差異沉降結構性控制標準。基于人-車-路振動模型及其相應解答，將結構性控制標準推廣為可考慮公路等級差異的路橋過渡段差異沉降控制標準。 4．交通荷載作用下橋臺后回填長期變形計算方法研究。參照路面結構多層體系理論，根據彈性動力平衡微分方程與Fourlier變換，推導得到移動條形荷載作用下彈性半平面多層體系動應力解答。根據修正的Li-Selig永久變形經驗公式，推導得到平面應變條件下交通荷載作用引起的路表殘余應力與殘余變形計算公式

5、，并采用Fortran語言編制相應計算程序RSTL.FOR。 5．橋臺后路堤荷載作用下飽和成層地基固結變形計算方法研究?；贐oussinesq彈性解、Terzaghi固結微分方程與Kelvin粘彈性應力應變微分方程，推導了半無限路堤荷載分級施工條件下成層地基固結變形解答，并采用Fortran語言編寫了相應計算程序CSSML.FOR。 6．橋臺后回填設計方法研究。依據剛柔過渡設計思想與橋臺后回填工后沉降設計計算方法，提出

6、了設計年限為 15 年情況下橋臺后回填(包括回填范圍、回填材料選擇與搭板設計)設計方法。根據橋臺后回填工后沉降設計計算方法與差異沉降控制標準，提出了保證路橋過渡段正常工作的回填設計流程，并給出了相應的設計計算實例分析。 7．橋臺后回填加筋處治與設計方法研究。根據橋臺與回填區(qū)域水平位移的倒三角形分布特征，提出了加筋長度隨高度方向有所變化(即回填區(qū)底部短上部長)的鋪設建議。根據加筋復合體形成機理以及橋臺后加筋回填特性，提出了拔出破壞