沿海路基变形特性试验与数值模拟研究.pdf

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1、中文摘要 摘要 受寒冷气候、近海环境影响，北方沿海路基存在着冻融、海水侵蚀等不利因 素，由此给路基沉降控制带来很大的困难。路基土的掺加水泥改良、桩加固乃至 临近隧道工程施工扰动等典型问题，使路基的沉降机理更加复杂。本文针对上述 问题，采用室内试验、数值模拟、理论分析相结合的方法对于北方沿海条件下路 基软土特性、水泥改良土特性、C F G 桩加固和临近施工扰动等问题开展了研究。 首先对大连市黄浦路某路段的路基土进行试验，研究了路基土的基本物理特 性和力学性质，获得路基土的颗粒级配曲线、界限含水率。并且采用S L B 1 型应 力应变控制式三轴剪切渗透试验仪研究了路基土强度指标，以及不同冻融次数对

2、 路基土的强度参数的影响，获得了路基软土在冻融循环的力学参数变化规律。 其次对于路基改良水泥土在北方沿海环境影响下的力学特性进行试验研究。 采用冻融、海水侵蚀和酸雨侵蚀多种试验条件，研究了上述环境因素对于路基水 泥土力学特性的影响，获得不同水泥掺量、不同溶液和不同冻融次数下的水泥：上 应力一应变一强度- 孑乙压变化规律，获得了水泥土强度劣化规律。 然后针对大连滨海路某C F G 桩( 水泥粉煤灰桩) 路段的流变性，基于粘弹塑 性C v i s c 模型和桩土作用模型，进行有无蠕变、桩参数变化等多方案的数值模拟， 获得了路基工后沉降时间效应和C F G 桩对于路基沉降的控制效果，对于C F G

3、桩路 基设计施工具有积极的指导意义。计算结果与工程经验观测的规律基本一致，说 明本文数值模拟方法的合理性。 最后针对既有路基下方隧道掘进的问题，研究大断面隧道的开挖对于既有路 基沉降的影响。以大连轻轨金普线6 标段沈大高速路下暗挖隧道为对象，建立路 基隧道复合结构的大规模精细化三维模型，模拟了隧道的C R D 开挖支护过程，分 析了隧道掌子面推进和开挖步序对于路基沉降的影响规律，总结了路基沉降随着 隧道开挖面与路基中点距离的空间效应变化曲线，对比分析了三种支护方案对应 的路基沉降，推荐采用注浆加固的施工措施。 关键词：软土路基；水泥土；F L A G - 数值模拟；蠕变；既有路基 英文摘要 A

4、 B S T R A C T U n d e rt h ea c t i o n so fc o l dc l i m a t ea n dp a r a l i ce n v i r o n m e n t ，t h e r ea r et h ea d v e r s e f a c t o r so ff r e e z i n ga n dt h a w i n ga n dm a r i n ec o r r o s i o ni nn o r t hc o a s t a ls u b g r a d e I ti s m o r ed i f f i c u l tf o rt

5、h es e t t l e m e n tc o n t r o lo fs u b g r a d e S o m et y p i c a lp r o b l e m s ，s u c ha st h e s u b g r a d e s o i lm i x e dw i t hc e m e n t ，r e i n f o r c i n gw i t h p i l e s ，a n d t h ec o n s t r u c t i o n d i s t u r b a n c eo fn e a rt u n n e lp r o j e c t ，m a k et

6、h es e t t l e m e n tm e c h a n i s mo fs u b g r a d em o r e c o m p l i c a t e A i m i n ga ta b o v ep r o b l e m s ，t h em e t h o dc o m b i n i n gl a b o r a t o r yt e s t a n d n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n dt h e o r ya n a l y s i si se m p l o y e dt os t u d yt h ep r o b

7、 l e m so ft h en o r t h c o a s t a ls u b g r a d ei n c l u d i n gs o f ts o i la n dt h es o i lm i x e dw i t hc e m e n tc h a r a c t e r i s t i c ， r e i n f o r c i n gw i t hC F Gp i l e ，a n dn e a rc o n s t r u c t i o nd i s t r i b u t i o n F i r s t l y , t h es u b g r a d e o f

8、ar o a di nD a l i a nr a r e s t f o u r - s t o r e yj a p a n - s t y l e i s e x p e r i m e n t e d ，a n dt h eg r a i nc o m p o s i t i o nc u r v ea n dw a t e rr a t i ol i m i to fs u b g r a d ea r e g e t t i n g ，s t u d y i n gt h eb a s i cp h y s i c c h a r a c t e r i s t i ca n dm

9、 e c h a n i c a l p r o p e r t y A n d e m p l o y i n gS L B - 1t y p eo fs t r e s sa n ds t r a i nc o n t r o l l e dt r i a x i a ls h e a rp e n e t r a t i o nt e s t e rt o s t u d yt h ei n t e n s i t yi n d e xo fs u b g r a d e ，a n dt h ev a r i a t i o no fi n t e n s i t yp a r a m

10、e t e ro f s u b g r a d ei n f l u e n c e db yd i f f e r e n tn u m b e ro ff r e e z e t h a w ，t h em e c h a n i c a lp a r a m e t e r s v a r y i n gl a w so fs u b g r a d es o f ts o i lu n d e rt h ea c t i o no fc y c l eo ff r e e z i n ga n dt h a w i n g a r e a c q u i r e d S e c o

11、n d l y ，t h em e c h a n i c a lp r o p e r t yo fs u b g r a d em i x e dw i t he m e n ti n f l u e n c e db y n o r t hc o a s t a le n v i r o n m e n ti si n v e s t i g a t e d E m p l o y i n gv a r i o u st e s tc o n d i t i o n sw i t h f r e e z i n ga n dt h a w i n g ，m a r i n ec o r

12、r o s i o na n da c i dr a i ne r o s i o nt oi n v e s t i g a t e t h e m e c h a n i c a lc h a r a c t e r i s t i cv a r i a t i o no fs u b g r a d es o i lu n d e rt h ea c t i o no ft h e s ef a c t o r s ，t h e s t r e s sa n ds t r a i n - s t r e n g t h - p o r ep r e s s u r ec h a n g

13、er u l eo fc e m e n t e ds o i lw i t hd i f f e r e n t c e m e n tc o n t e n ta n dl i q u o ra n dn u m b e ro ff r e e z i n ga n dt h a w i n ga r eo b t a i n e d ，a l s ot h e c e m e n t e ds o i ls t r e n g t hd e g r a d a t i o nr u l e A n dt h e n ，a i m i n ga tt h er h e o l o g i

14、c a lp r o p e r t yo far o a dw i t hC F Gp i l ei nD a l i a n B i n g h a ir o a d ，b a s e do nC v i s cm o d e la n dp i l e s o i lm o d e l ，t h en u m e r i c a ls i m u l a t i o n sw i t h o rw i t h o u tc r e e pa n dv a r i a t i o no fp i l ep a r a m e t e ra r ec o n d u c t e d ，a n

15、 dt h et i m ee f f e c to f p o s t - c o n s t r u c t i o ns e t t l e m e n to fs u b g r a d ea n dt h ec o n t r o le f f e c to fs e t t l e m e n to fs u b g r a d e u n d e rt h ea c t i o no fC F Gp i l ea r eg a i n e d T h e r ei sp o s i t i v eg u i d i n gs i g n i f i c a n c ef o rt

16、 h e 英文摘要 d e s i g na n dc o n s t r u c t i o no fs u b g r a d ew i t hC F Gp i l e T h ec o m p u l a t i o n r e s u l tc o r r e s p o n d s w i t ht h el a wo fp r o j e c te x p e r i e n c eo b s e r v a t i o n ，i l l u s t r a t i n gt h er a t i o n a l i t yo fn u m e r i c a l s i m u

17、l a t i o nm e t h o d F i n a l l y ，f o rt h ep r o b l e mo ft u n n e lp i e r c i n g b e l o wt h ee x i s t i n ge m b a n k m e n t ， i n v e s t i g a t i n gt h a tt h ee x c a v a t i n gf o rl a r g es e c t i o nt u n n e lh a si n f l u e n c eo f t h es e t t l e m e n t o fe x i s t

18、i n gs u b g r a d e T a k et h eb o r e dt u n n e lb e l o wS h e n y a n g - d a l i a nh i g h w a y6 t e n d e r si n j i n p ul i n eo fd a l i a nl i g h tr a i l a sr e s e a r c ho b j e c t s ，t h eC R De x c a v a t i o na n ds u p p o r t p r o c e s so ft u n n e li ss i m u l a t e d ，

19、a n dt h ev a r i a t i o nl a w so fs u b g r a d es e t t l e m e n tu n d e r t h e a c t i o no ft h ea d v a n c e m e n to ft u n n e lf a c ea n de x c a v a t i o ns t e ps e q u e n c ea r ea n a n l y z e d ， a n dc h a n g i n gc u r v eo fs u b g r a d es e t t l e m e n tw i t ht h es p

20、 a t i a le f f e c to fb e t w e e ne x c a v a t i o n f a c ea n de m b a n k m e n tm i d p o i n ti ss u m m a r i z e d ，c o n t r a s t i v ea n a l y z i n gt h es u b g r a d e s e t t l e m e n tc o r r e s p o n d i n gt ot h r e ek i n d so fs u p p o r t i n gs c h e m e ，r e c o m m e

21、n d i n gt ou s e c o n s t r u c t i o nm e a s u r e m e n to fg r o u t i n gr e i n f o r c e m e n t K e yW o r d s ：S o f tS o i lS u b g r a d e ；C e m e n t - s o i l ；F L A C 3 DN u m e r i c a lS i m u l a t i o n ； C r e e p ；O r i g i n a lR o a d b e d 目录 目录 第1 章绪论1 1 1 选题背景及研究意义1 1 2 国

22、内外研究现状2 1 2 1 冻土性质的国内外研究2 1 2 2 水泥土的试验研究3 1 2 3 软土流变的研究现状4 1 2 4 隧洞开挖对路基的影响5 1 3 本文研究内容6 第2 章路基软土的基本特性分析8 2 1 常规土工试验8 2 1 1 试验用土的选取8 2 1 2 含水率试验8 2 1 3 界限含水率试验9 2 1 4 颗粒级配分析试验一1 1 2 1 5 土工击实试验一1 2 2 2 小结1 4 第3 章路基软土的冻融循环三轴试验1 5 3 1 冻融三轴试验介绍15 3 1 1 试验设备介绍15 3 1 2 三轴试验的方法1 7 3 2 试验步骤19 3 2 1 试验方案19 3

23、 2 2 制备试样一2 0 3 3 试验结果分析2 1 3 3 1 破坏形态及破坏准则一2 1 3 3 2 强度参数随冻融次数的变化规律2 2 3 3 3 主应力差q 与应变关系一2 7 3 3 4 含水率随冻融次数的变化2 8 3 3 5 小结2 9 第4 章路基水泥改良土三轴试验研究3 1 4 1 水泥土加固原理31 目录 4 2 试验方案设计和安排31 4 2 1 试验方案一3 1 4 2 2 试样制备3 3 4 3 试验结果分析3 3 4 3 1 不同冻融次数一3 3 4 3 2 不同水泥掺量3 7 4 3 3 不同污染环境3 9 4 4 小结4 3 第5 章基于C v i s c 的

24、C F G 桩加固路基数值模拟4 4 5 1 引言4 4 5 2 软土路基的改良方法4 8 5 3 工程简介5 0 5 4 软土路基施工数值模拟5 2 5 4 1 弹塑性蠕变本构模型5 2 5 4 2 有限元网格的建立及参数选取一5 4 5 5 计算结果及分析5 6 5 5 1 沉降结果5 6 5 5 2 桩参数对于沉降的影响一5 9 5 6 J 、结6 1 第6 章隧道掘进对既有路基影响数值模拟一6 2 6 1 引言6 2 6 2 典型断面的地质条件勘察6 3 6 3 隧洞开挖对沈大高速的沉降影响6 4 6 3 1 有限元网格的建立一6 4 6 3 2 参数的选取6 6 6 3 3 计算结果

25、分析一6 7 6 4 小结7 4 第7 章结论与展望一7 5 7 1 结论7 5 7 2 展望7 6 参考文献一7 8 攻读学位期间公开发表论文8 2 参加的科研项目8 2 目录 致谢8 3 研究生履历8 4 沿海路基变形特性试验与数值模拟研究 第1 章绪论 1 1 选题背景及研究意义 在我国沿海和内陆地区广泛分布着海相、湖泊及河谷相沉积的软弱黏性土层。 这种软黏土具有含水量大、压缩性高、强度低、透水性差的特点，很多都埋藏深 厚。当路基工程铺设到这些地方的时候，如果不做地基处理可能产生很大的沉降 和沉降差，而且延续时间相当长，超过了公路的允许值，影响道路的使用。而且 由于其强度较低特别是软土路

26、基，其承载力常常不能满足要求。因此需要对软土 路基进行处理。 道路工程建设中遇到的岩土工程问题主要是稳定性问题和变形问题两大类。 在道路建设中稳定性问题不仅包括路堤本身的稳定性，而且包括地基的稳定性和 边坡的稳定性。在道路工程建设中常常遇到软弱土和不良土主要包括：软黏土、 人工填土、部分砂土和粉土、湿陷性土、有机质土和泥炭土、膨胀土、盐渍土、 多年冻土、岩溶、土洞和山区地基等【l 】。 本文以沿海路基为研究重点。沿海路基的变形受外界条件影响较大，诸如： 海水化学腐蚀、海平面对路基的流固耦合作用、北方沿海冻土、软土流变作用以 及酸雨侵蚀等因素。海水、酸雨、温度组成了水、化学、热、力等多场耦合可能

27、 会造成路基路面的隆起、融沉和泛浆等病害。特别是北方沿海路基，冻胀、冰害、 冰锥、冻胀丘、融冻泥流和滑塌的灾害多见。由于沿海路基处于复杂自身地质条 件和外界条件的影响下，路基的建造施工和后期维护需要耗费大量的精力、财力 和物力。因此，为做好沿海路基等多种灾害的预防，本文致力于沿海路基土的变 形特性及处置进行研究。 北方沿海路基主要分布在山东半岛、东北辽东半岛等地。该地区四季分明， 水量丰富，季冻区明显。冻胀病害的特点有：路基冻胀分布广，严重地段比较集 中。突发性地出现隆起和回落。形成的冻害时间较迟，形成时间为1 0 月中旬，到 1 1 月末便趋于稳定，一般产生在路基基床面下3 0 5 0 m

28、m 左右，但冻害的期限却长。 春融初期，由于昼夜温差较大，反复融冻，维修工作比较艰难。 第1 章绪论 除了冻土对沿海路基的影响因素之外，软土的流变特性也是一个关键因素。 土的流变是土颗粒的重新排列和骨架的错动，具有一定的时间效应，所以土体的 变形与时间有关。流变性质是土的重要工程性质之一。流变对软土路基造成的危 害相当大。 上述的各种对路基土的灾害，在不断地侵蚀着路基工程。国内外学者在研究 路基工程的时候一般从两个方向出发：一个是加强对工程本身设计和施工的控制 和监管，做到设计规范施工合理。另一方面是改良建筑材料的性质，大力研发耐 久性材料。以上研究对于路基工程的健康发展和节省有限的地球资源有

29、着重要的 意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 冻土性质的国内外研究 我国多年冻土区和季节冻土区分别占国土面积2 0 和5 5 ，属世界第三冻土 大国。在这些地区建设中，如铁路、公路、采矿、水利工程及工业与民用建筑等 方面，由于冻土危害给国家造成了很大的经济损失。路基的强度和稳定性对于确 保公路的正常使用具有重要的意义。冻土不仅是常温土的组成体，而且与含水量、 冻融时间、冻融温度和冻融循环次数有着很大关系。所以决定了冻土特性研究的 复杂性。 1 9 9 9 年1 2 月冻土工程国家重点实验室建立，研究员吴紫汪、马巍、常小晓等 利用C T 技术和电子显微技术对冻土的微观结构进行系统的研究，

30、并得出许多重要 的结论【2 卅。 2 0 0 4 年到2 0 0 5 年李洪升、刘增利等7 9 1 在基于冻土单轴压缩动态C T 试验，采 用连续介质力学与热力学方法，建立了冻土单轴压缩损伤本构模型。单轴压缩模 型为室内三轴压缩试验打下基础。针对冻土路基的冻融过程中强度的变化规律、 土体冻结时水份迁移机理及规律、土体冻结过程中冻胀力的变化规律、土体融化 过程中压缩曲线的形式。 2 0 0 4 年齐吉琳 1 0 , 1 1 】等人通过土的室内冻融试验和分析认为，反复冻融改变土 沿海路基变形特性试验与数值模拟研究 体力学性质的主要原因是改变了土的结构性。在补水的开放系统下， 循环后，土体的干容重趋

31、于某一定值，并且与初始干容重无关【1 2 】。 2 0 0 5 T _ 大雁【1 3 1 等人认为，随着黏土所经历冻融循环次数的增加， 逐渐下降，但冻融循环对土内摩擦角的作用并无规律可循。 经多次冻融 土的黏聚力 2 0 0 6 年齐吉琳和马巍【1 4 】发现，冻融作用使超固结土出现黏聚力降低，摩擦角 增大的现象。综合土的初始状态、冰晶的生长和冻融过程中产生负孔隙水压力导 致的有效应力增大等方面，提出了冻融作用对超固结土的结构弱化效应。 国外学者P V i k l a n d e r t l 5 】提出了基于冻融作用的残余孔隙比的概念，即松散二E 和密实土经过冻融循环后趋向一个稳定的孔隙比，土

32、的力学特性也发生相应的变 化。s J Z h a n g 掣1 6 1 发现石灰粉土的剪切强度随冻融循环次数的增加而逐渐衰减， 经历1 0 次冻融循环的饱水石灰粉土强度最低。R W v a nK l a v e r e n ”1 的研究结果表 明，冻融循环后土的剪切强度低于未经冻融的土。B D A l k i r e 和J M M o r r i s o n 1 8 】 对松散的粉质土和低密度黏土的试验表明，冻融循环造成土的不排水剪切强度有 所增加。 1 2 2 水泥土的试验研究 水泥土具有独特的优点：最大限度地利用了原土；土体加固后重度基本不变， 对软弱下卧层不致产生附加沉降；与钢筋混凝土桩

33、基相比，可节约大量钢材，降 低造价；具有良好的抗渗性能，可减轻地下水对施工的影响。水泥土加固技术具 有很好的社会和经济效益。 最近几年，水泥土的研究成果颇为丰富，加拿大学者F i s h e r 和K a w a s a k i 1 9 ，2 0 1 等 分析了粘性土中掺入不同水泥的力学特性。 郑刚【2 l 】等对水泥土桩的力学性能及其施工技术进行了研究，作者曾对水泥土、 混凝土等材料的力学性质进行了环境效应下的试验研列2 2 ，2 3 1 。 宁宝科2 4 1 等人对水泥土三轴力学性质试验研究，对不同水泥掺量的水泥土试 件进行了三轴试验，探讨了围压、水泥掺入比等因素对水泥土强度、变形等力!

34、学 性质的影响，得到了水泥土的各项力学参数，为工程设计提供参考。 第1 章绪论 欧明喜【2 5 】等对水泥土应变软化特性三轴试验研究。得出结论：水泥土的破坏 模式随水泥掺量的不同而发生变化；峰值强度、残余强度随水泥掺量及围压的增 大而增大；临界应变( 峰值强度对应的应变) 则随围压增大而增大，随水泥掺量 的增大而减小。 黄新恩【2 6 1 分别做了对清水、生活污水和造纸厂污水环境下的水泥土试验。测 试了各种水泥土试块在不同龄期下的无侧限抗压强度。通过分析污染水泥土的应 力应变曲线得出了环境污染对水泥土的影响。 王军等2 7 1 通过不排水三轴压缩试验对水泥土的力学特性进行研究，重点分析 了围压

35、与水泥掺入比对水泥土体强度、孔压及刚度的影响。通过对水泥土的刚度 软化规律进行描述，得到了修正的邓肯张模型。通过对试验曲线进行回归分析确 定了模型参数。与实测数据对比发现，该修正模型不仅可以较好地模拟水泥土的 应力应变关系，还体现了水泥土应变软化型曲线的特点。 1 2 3 软土流变的研究现状 软土一般形成于第四纪后期地表水所形成的沉淀物质，多分布在海滨、湖滨、 河流沿岸等地势低洼地带，软土中含有大量的有机物，软土的物理性质类似于淤 泥具有强度低、压缩量较高、具有分布广厚度大的特点。施工阶段如果没有良好 的改良措施容易造成路面的弹簧、鼓包、隆起等灾害。因为软土路基的诸多特点， 流变对路基影响颇为

36、明显，造成路基的过量沉降，造成损失。 对于软土路基的蠕变特性的研究，王者超【2 8 对土的蠕变性质及其本构模型研 究进行了系统地总结，主要内容包括：时间和应力对土蠕变性质的影响、土蠕变 破坏准则、蠕变势和塑性势关系、蠕变微观机制、宏观和微观本构模型等。此外， 基于上述总结，提出了土等效变形过程的概念，探讨了土蠕变模型中时间效应的 表述方式，提出了一种可加快土蠕变试验的方法。 软土变形的时效特性会使修建在软土地基上的建构筑物产生不可忽视的工后 沉降，因此揭示软土固结蠕变的规律，对软土地基上的工程有着重要意义。余鹏【2 9 】 针对B u r g e r 粘弹塑本构模型，建立了土体固结蠕变的基本微

37、分方程，并结合固结蠕 沿海路基变形特性试验与数值模拟研究 变试验资料，运用F L A C 的有限差分模式进行数值分析，并用实地监测数据和蠕变 经验公式对分析结果进行了验证。 杨文东等A 基T - F L A C 3 D 的改进B u 唱e r s 蠕变损伤模型的二次开发的研究，该 模型认为岩体的蠕变参数是随时间因子逐渐弱化的。 李庆元等对软土路基变形规律进行了现场监测并用F L A C 2 D 软件进行数值 模拟，得出了粘塑性蠕变模型可以用于软土路基沉降预测预报的结论。 马南飞结合现场并应用F L A C 3 D 软件完成了浙江某高速公路路基的蠕变沉 降规律的计算机模拟，得出位移沉降跟蠕变模型

38、计算基本一致。 尽管对于软土蠕变的研究已经取得了相当的成果，但还不成熟，尤其是对于 沿海路基工程的沉降数值模拟还不多见。王元战等3 3 1 对天津滨海相软土进行了研 究，并建立了相应的流变模型。但对大连地区软土特性以及对于粘弹塑性模型的 研究较少。 1 2 4 隧洞开挖对路基的影响 隧道工程是地下工程空间开发和利用的一个主要研究方向。近年来，由熟练 的建筑工人发现隧洞的开挖过程存在空间效应。所以为了保证安全、快速的施工， 隧道围岩开挖过程的稳定性就成为隧道开挖过程的中心问题。 因此，为了快速方便的对隧洞开挖、支护过程进行模拟，不少学者提出采用 释放、模量折减【3 5 1 的手段用二维模型进行模

39、拟洞室的三维开挖、支护过程 数值仿真的思路是：建立可控制的数理模型、几何模型、本构模型以及数值 方法对岩土工程中施工方法、顺序对岩土介质的力学特性、结构特征的影响，提 供科学的分析数据和依据。 闰春岭【3 6 1 等采用F L A C 对铁山坪隧道进行了围岩稳定性分析，证实了F L A C 在工程计算中的有效性，得出拱顶的位移和应力应十分注意，施工应辅以监控量 测帮助判断围岩的稳定性。 孙钧认为要将开挖面推进过程中的三维问题转化为两维问题来分析，必须 满足隧洞轴向为某一个主应力方向，且地质条件沿洞轴向保持不变的要求。对于 第1 章绪论 浅埋隧洞以自重应力为主的应力场言，前一条件容易满足；至于后

40、一条件，也可 以假设施工过程中沿洞轴向岩性分段均一来保证其条件的成立。 徐林生、孙钧【3 7 , 3 8 】等采用围岩位移释放系数的概念，运用3 D 盯日本商业软件 对京珠高速公路粤境北段洋碰隧道类围岩在全断面和上下台阶开挖方式下的开 挖面空间效应问题进行了三维有限元模拟研究，所得结果对类似公路隧道的施工 和监控量测等工作均有借鉴和指导作用。 王小敏等【3 9 1 6 , 1 对传统有限元开挖释放荷载的计算方法进行了讨论与分析，并 基于体系平衡的有限元数值格式，提出开挖作用的直接分析法、间接分析法的概 念及开挖不平衡力的计算方法。 丁春林等针对广州地铁二号线越秀公园三元里区间隧道，采用弹塑性有

41、限 元法分析了地应力释放对盾构隧道围岩强度和变形以及地表沉降变形的影响。随 着地应力释放值增加，隧道开挖面洞周拱顶、拱底、拱腰变形增大，围岩塑性区 明显扩大，由稳定状态向不稳定状态转化；地表沉降变形也大大增加。 1 3 本文研究内容 本文以北方沿海路基为研究中心，围绕北方沿海路基的温度低、近海、酸雨 侵蚀、流变等特性展开分析。针对上述问题，主要采用室内试验、数值模拟以及 理论分析相结合的方法对于北方沿海条件下路基软土特性、水泥改良土特性、C F G 桩加固和临近施工扰动等问题开展了研究。主要内容如下： ( 1 ) 路基软土的冻融循环三轴试验 本章就北方沿海路基软土的冻融特性展开试验研究。为了更

42、契合实际的模拟 冻融循环的过程，让制成的试件在高低温箱中( 一1 8 ) 冻结1 2 h ，然后在+ 1 8 。C 融 化1 2 h 。采用S L B 1 型三轴剪切渗透试验仪全自动记录应力、孔隙水压力随应变的 变化曲线。试验过程中不仅考虑了粘聚力、内摩擦角、强度参数、有效应力等的 变化规律，而且非常注重冻融过程中含水率的变化，并获得一些规律。本章虽未 能从土颗粒的微观结构上解释其变化机理，却从宏观上阐述了各项力学参数和力 学特性的变化趋势。 沿海路基变形特性试验与数值模拟研究 ( 2 ) 路基水泥改良土的三轴试验研究 本章就水泥改良土的力学特性进行试验。首先，进行冻融环境下的水泥土三 轴压缩

43、试验，得出了水泥土在冻融环境下力学性质变化规律。然后，在此路基软 土中掺加不同含量的水泥进行改良。通过试验得出一个水泥含量最优值( 2 0 ) ， 超过2 0 则造成资源浪费而加固效果不明显。最后，分别在清水、海水( 盐度3 5 ) 、 酸雨中浸泡、腐蚀后做三轴试验，得出不同溶液环境变形特性，深刻的解释了水 泥土的侵蚀机理。 ( 3 ) C v i s c 蠕变模型下C F G 桩加固路基的数值模拟研究 软土路基具有很强的流变特性，以滨海路路段( C F G 桩基加固路堤为研究对 象) 采用有限差分软件F L A C 3 D 模拟软土蠕变模型的工后沉降。运用了两种复杂的 模型黏弹塑性C v i

44、 s c 模型和桩土作用模型。其中C v i s c 模型是在莫尔库伦模型 中嵌入伯格模型，此流变模型可以把复杂流变性质表达出来，同时呈现出软土的 弹性、塑性和粘性特性，能够全面描述土的压缩及剪切两大流变特性。本章节进 行有无蠕变参与、不同桩参数等多方案的数值模拟，获得了路基工后沉降时间效 应和C F G 桩对于路基沉降的控制效果规律。与实测数据基本相符。 ( 4 ) 隧道掘进对既有路基的影响 对于临近施工扰动对于路基的影响的问题，研究了大断面隧道的开挖对于既 有路基沉降的影响。以大连轻轨金普线6 标段沈大高速路下暗挖隧道为研究对象， 建立路基隧道复合结构的大规模精细化三维模型，模拟了隧道的C R D 开挖支护过 程，分析了隧道掌子面的推进和开挖步序对于路基沉降的影响规律，总结了路基 沉降随着隧道开挖面与路基中点距离的空间效应变化曲线。采