复杂环境中高填石路堤长期变形特性研究

针对山区高速公路建设中，山坡开挖石料或隧道开挖弃渣在陡坡地形、地表汇水、路堤高度大、地基和填石材料强度不均等多种因素引起的填石路堤工后沉降问题，以填筑高度约72m的实际工程为依托，通过不同荷载、不同含水率、不同填石材料的单轴压缩蠕变试验，模拟高填石路堤在复杂环境中的应力变形特征。在高填石路堤现场埋设长期变形监测设备，分析高填石路堤的长期变形规律。在填石材料变形机理、蠕变试验和路堤监测变形综合分析的基础上，提出高填石路堤蠕变本构模型，并通过反演分析和蠕变试验分析的综合方法识别路堤蠕变本构模型参数。研究高填石路堤在陡坡、不同路堤高度、渗流等多影响因子组合效应下的蠕变特性。应用提出的本构模型对依托工程进行数值分析，验证本构模型和模型参数识别的合理性，从而建立适合山区复杂环境条件下高填石路堤工后长期预测模型。

随着国家西部大开发和中部崛起战略的实施，我国山区高等级公路得到迅速发展。由于山区地形地质条件复杂，为了达到技术标准和生态环境保护的统一，高填石路堤成为山区高速公路路基的重要结构型式之一。山区高速公路沿线土质筑路材料缺乏，工程建设中不可避免会遇到大量的高填石路堤。高填石路堤不论是在施工中还是在营运过程中，填石路堤一旦变形过大甚至失稳，将严重影响施工或阻塞交通、危及生命和财产安全、破坏生态环境等。针对山区高速公路建设中，山坡开挖石料或隧道开挖弃渣在陡坡地形、地表汇水、路堤高度大、地基和填石材料强度不均等多种因素引起的填石路堤工后沉降问题，以填筑高度约72m的实际工程为依托，研究高填石路堤的长期变形性能，为实现山区高等级良性循环发展提供基础支撑。主要研究内容如下：. 1、填石路堤本构模型和参数综合识别. 基于填石材料蠕变特性试验和现场监测数据综合分析，研究了高填石路堤蠕变本构模型。通过BP神经网络结合有限元方法反演分析识别了路堤蠕变本构模型参数。利用反演分析法识别的弹塑性模型参数正分析计算了沉降位移。将计算结果与实测位移比较，检验了本课题研究成果的合理性与可靠性；. 2、地形对高填石路堤体蠕变特性的影响研究. 将地形对高填石路堤蠕变的特性的影响简化为不同填筑高度的路堤在自重荷载作用下的蠕变特性的影响。在现场布置监测元件，从纵向、横向和竖直方向研究地形对填石路堤蠕变特性的影响。通过不同加载方式的蠕变试验研究了填石料的蠕变量与时间、蠕变总量与应力状态之间的关系，得到不同荷载作用下路堤填石材料的蠕变特性。对高填石路堤蠕变特性进行了数值模拟分析，并与监测分析结果、蠕变试验结果对比，研究了地形对高填石路堤长期变形的影响；. 3、渗流对高填石路堤的蠕变特性的影响. 填石路堤处于自然环境中，受到降雨、地表汇水等水的作用，路堤中的水必然具有渗流的特性，其沉降变形特性也会受到地下水的影响。通过填石材料渗透特性室内试验，研究了填石材料的渗透特性。在现场监测中，记录降雨天气和地表汇水时间，及其产生的渗流对路堤长期变形影响的大小和显著特性，研究了渗流对高填石路堤蠕变特性的影响。. 发表论文2篇，其中EI收录2篇，ISTP收录2篇，参加国内外学术会议3次12人，培养硕士研究生2人，博士后1人。