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软土在我国有着广泛的分布。可是软土具有高含水率,大孔隙比以及伴随产生的高压缩性,不均匀沉降等特性决定了软土地区开展工程活动的复杂性。随着经济建设步伐的加快,软土地区的工程建设也得剑了迅猛发展,如何确定可靠的软基方案,合理安排施工进度;对软土地基的沉降进行及时准确的预测,以更好地指导设计施工,使软土地基在施工期间以及工后使用期间满足沉降满足要求,是软土地基领域需要解决的重大课题。
长期以来,各国专家学者都进行了大量的研究和探讨,取得了大量成果,但鉴于软土工程性质离散性强,加之上部荷载(如行车荷载、风荷载等)的变化性,使软土沉降机理以及沉降预测的研究都变得十分复杂。
现有软基沉降预测方法其假设条件与实际工况很难一致,沉降预测的结果难与实际吻合,不能够很好地起剑指导设计和施工的目的,软基沉降预测领域有待进一步地加以研究。传统的地基设计的一个弊端是它没有考虑软土物性参数的变异性,当计算出来的软基沉降小于规定的工后沉降时,就认为设计方案是安全的。而土体是长期地质历史时期形成的产物,物性参数着很大的差异性。计算方法中采用不同的参数将会计算出不同的沉降值。这有可能导致虽然计算出来的工后沉降满足了规范要求,可实际上仍不安全的状况。而可靠性方法就是考虑了软土性质的差异性,用概率的形式科学地表达软基的安全度。国内外不少学者在可靠度研究方法上开展了一些研究工作,但多限于理论水平,目前在工程中的应用还有待加强。
针对以上问题,本文结合武汉市沌口至水洪口高速公路(简称汉洪高速)软土路段的室内试验以及变形监测研究,进行了以下四个方面的工作。
(1)对软土进行全面定义并从微观结构分析软土的工程特性。通过总结梳理,为软土的沉降固结机理以及计算方法的研究提供铺垫。
(2)总结软土的沉降固结机理以及沉降计算方法。从微观角度分析软土的固结过程、机理;分析总结软土沉降的组成及各部分沉降量的计算方法。通过沉降固结机理的研究,为软土沉降预测及可靠度分析方法提供理论准备。
(3)对工程场区地层进行取样做室内试验分析,通过对试验数据的分析,获得软土的各物理力学性质参数,为后续的理论分析与数值计算的参数选择提供参考。
(4)软土路基沉降预测方法研究。综合分析软基路段的地面沉降、水平位移及孔隙水压力等监测成果,运用非等时距灰色预测方法,对施工期及工后路基沉降进行动态预测,评价灰色预测方法的适用性,指导路堤施工。
(5)软土路基沉降的可靠性分析方法研究。利用勘察资料提供的软土路基各土层大量的分层物理力学参数,基于概率论和数理统计方法,对这些参数分类进行合适的概率分布拟合,选用适合的沉降计算模型建立沉降极限状态方程,采用蒙特卡罗方法进行可靠度指标计算,得出相应的沉降概率。通过监测过程中的实测沉降数据分析,对比监测与计算结果,研究可靠度方法的适用性,为软基段路基沉降计算与预测提供一种可供比照的新方法。