大厚度湿陷性黄土地区拓宽路基增湿变形特性及剩余湿陷量控制标准研究

Typical issues encountered on highway widening projects in thick collapsible loess area include the ground deformation evaluation,the determination of ground treatment depth,and the control of residual ground settlement. To evaluate the water translocation characteristics in collapsible loess ground and the deformation characteristics of the widened subgrade, the widened subgrade in real construction was simulated using centrifuge model test. under and. Meanwhile, the mechanism and effect of composite foundation reinforcement was also evaluated. Finite element numerical analysis is performaed by using geotechnical theories and the centrifuge model test results to identify the relation between the area of collapsible loess and the depth of ground treatment at the point of shear failure in widened subgrade. The control standard for the residual settlement of thick collapsible loess foundation was established andthe foundation treatment was optimized according to technical and economic conditions. This study is expected to provide theoretical basis as well as technical support for highway widening projects in large thick collapsible loess area.

在大厚度湿陷性黄土地区开展公路改扩建工程，将面临拓宽路基增湿稳定性评价、地基处理深度和剩余湿陷量的控制标准等技术难题。本项目在青年科学基金项目研究的基础上，针对关键问题，对增湿条件下的大厚度湿陷性黄土地基上拓宽路基进行较系统的离心模型试验，再现多种工况下拓宽路基的真实应力环境，揭示黄土地基增湿水分迁移规律及湿陷性黄土地区拓宽路基变形破坏的基本规律，分析大厚度湿陷性黄土复合地基加固机制并论述人工复合地基对土层剩余湿陷性的抵御能力。研究还基于大型通用有限元程序及岩土工程专业理论，对有限元软件进行二次开发，开展数值模拟研究工作，明确拓宽路基荷载下人工复合地基在发生剪切破坏时的湿陷面积和处理深度的关系及规律，建立大厚度湿陷性黄土地基剩余湿陷量的控制标准，优化相关处治措施设计参数。

针对大厚度湿陷性黄土地区高速公路改扩建工程遇到的亟待解决的问题，开展相关问题研究，旨在研究在交通荷载下的湿陷性黄土的工程特性、增湿条件下的深厚湿陷性黄土地基拓宽路基的破坏特性、水分迁移特性、剩余湿陷量控制标准及处治措施等关键问题。课题的主要研究内容及成果如下：（1）为明确真实拓宽路基荷载下路基土和地基土的真实应力环境，利用ZJU-HAC进行静力三轴试验，研究重塑黄土在不同初始含水率、不同围压下的应力应变关系，分析重塑黄土的应力应变关系曲线和土的抗剪强度及其指标规律；利用ZJU-HAC开展主应力轴旋转的定向剪切试验，研究在不同主应力轴偏转角度、不同含水率、不同中主应力系数等工况组合下重塑黄土的工程特性，分析重塑黄土空心圆柱试样的剪切破坏标准;（2）为研究大厚度湿陷性黄土地基拓宽路基差异沉降发展规律和增湿破坏特性，应用离心试验方法模拟了高速公路改扩建工程的施工、运营及后期的强降雨发生发展过程。试验的主要研究内容包括老路基沉降发展规律、拓宽路基沉降发展规律、新老路基差异沉降发展规律、路基内部变形规律、拓宽方式对差异沉降发展规律的影响，增湿条件下拓宽路基的破坏性试验，观测新老路基的变形破坏过程和破坏模式，分析黄土地基内部水分迁移规律及路基稳定极限状态时的变形特性;（3）依托有限元数值分析软件及相关理论，开展系统的有限元数值计算，明确拓宽路基发生破坏时人工地基的湿陷量和处理深度的关系及规律，建立深厚湿陷性黄土地基剩余湿陷量的合理控制标准;（4）为明确管桩复合地基在拓宽路基中的处治效果，借助土工离心模拟技术，进行了管桩复合地基拓宽路基离心模型试验。研究通过构建不同桩间距的拓宽路基模型，监测路基沉降过程，明确管桩复合地基对差异沉降的处治效果；通过监测桩身应变，推导桩身轴力、侧摩阻力沿桩身分布特性，探讨管桩复合地基荷载传递规律、工作性状；通过模拟载荷试验，研究管桩复合地基承载特性，明确管桩复合地基对地基承载力的处治效果;（5）基于大型通用有限元程序ADINA，对有限元软件进行二次开发，开展数值模拟研究工作，提出深厚湿陷性黄土地区拓宽路基荷载下剩余湿陷量控制标准，以复合地基处理深度表征剩余湿陷量控制程度以及设计优化研究。