论文题目：地基-路堤-路面协同变形机理及一体化设计方法研究
摘要：软土地基上的高等级公路常因软基不均匀沉降导致路面服务性能降低甚至结构性破坏。目前主要研究集中在软土地基处理,路堤和面层仍多采用传统方法修建,路面、路堤、地基等专业人员各司其职,缺少完整的设计体系。不良地质软土道路设计时仍采用传统道路设计方法,并未进行整体性的改善。为了研究软土地基病害和其不均匀变形在道路面层结构中的传递机理,本文运用数值模拟方法建立了地基-路堤-路面协同作用的力学模型,分析了不同路堤填料路堤在不同车辆荷载、填筑高度及填料模量下的变形规律,并提出了一种基于三者组合的变形协同机理针对软土地基的道路一体化设计方法。具体研究过程如下:首先,考虑路堤材料参数及结构形式对路堤变形的影响,建立了不同类型的路堤-路面相互作用数值模型,并分别选择D-P模型、线弹性模型作为土石混合料路堤、轻质填料路基的材料本构模型。对于填土、土石和填石三种路堤,荷载作用下的路堤沉降集中在道路中心荷载下的位置,向四周扩散作用不明显;对于轻质路堤,荷载作用下的路堤沉降的扩散大于其它三种路堤形式;在增加一定路堤填筑高度条件下,三种土石混合料路堤沉降量的变化大小为:填石类＞土石类＞填土类。其次,基于建立的路堤-路面数值模型进行分析不同路堤填料的路堤在不同车辆荷载、填筑高度及填料模量下的变形规律。研究表明,最大沉降量和车辆轴载及路堤填筑高度均成正比;沉降量随着填筑材料模量的增加不断减小,且减慢速率不断减小。在此基础上引入软土地基建立地基-路堤-路面一体化模型,分析了沉降随施工进行、软基模量、车辆荷载和刚性夹层改变的变化规律。发现沉降量在道路结构中向上传递会叠加路堤压缩变形以及道路结构层的厚度变化,且随高度逐渐减小的协同变形。路堤与面层为适应地基沉降发生协调变形:路面结构在荷载和自重作用下,产生层间协调变形以填充路堤固结沉降产生的空间,但是由于结构层变厚软基沉降量向上传递时表现为不断减小。然后,在数值模型分析基础上,利用正交设计试验对软基不均匀沉降影响因素进行敏感性分析得出影响路面不均匀沉降的主要因素,可知软基模量、车辆荷载和路堤与面层重度是对路面不均匀沉降贡献度最大的四个因素,其中软基模量的影响程度约为面层重度的6倍,车辆荷载的影响程度约为面层重度的4倍,路堤重度对不均匀沉降的贡献与面层重度基本相同;同时,使用差分进化算法回归出路表不均匀沉降预测力学-经验模型。最后,基于以上建立的地基-路堤-路面数值分析模型和理论经验预测模型,考虑到路基不均匀变形引起的路面线形设计的阈值问题,结合路面设计标准及功能性需求提出了以容许工后不均匀沉降、软基模量和路堤路面重度为设计控制指标,考虑地基、路堤和路面协调变形的针对不良地质的道路完整一体化设计体系。综上所述,本文研究内容可为不良地质（如软土地质）地区的道路工程中路面结构的一体化设计提供理论方法,从而达到提高软土地基道路工程的结构质量,并为完善现有的地基处理、路堤设计和路面设计的相关标准给与理论参考。
关键词：道路工程;软土地基;变形协调;轻质填料;一体化设计方法
学科专业：道路与铁道工程
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 软土的定义及分布
1.2.1 软土的定义
1.2.2 软土地域分布
1.3 国内外研究现状
1.3.1 地基沉降
1.3.2 路基路面协同作用
1.3.3 软土地区的主要路面结构形式
1.3.4 路面结构一体化设计方法研究现状
1.4 研究内容与技术路线
1.4.1 软土地基地区沥青路面结构调研
1.4.2 不同结构形式路堤的变形性质研究
1.4.3 地基-路堤-路面三者之间协调变形机理研究
1.4.4 路基-路堤-路面一体化设计方法研究
第二章 路堤变形性质研究
2.1 路堤填料类型
2.2 路堤填料本构模型
2.3 数值模型建立
2.4 数值模拟结果
2.4.1 不同填筑高度与车辆轴载竖向变形规律
2.4.2 竖向变形随路堤模型变化规律
2.5 本章小结
第三章 地基-路堤-路面协调变形机理研究
3.1 协调变形数值模型
3.2 协调变形数值模型计算结果
3.2.1 路堤不同深度沉降规律
3.2.2 路堤中心点随时间变化规律
3.2.3 路堤不同时期沉降量
3.2.4 路堤填筑高度对沉降的影响分析
3.2.5 软基模量对路面沉降的影响分析
3.3 地基-路堤-路面协同作用分析
3.4 本章小结
第四章 路面不均匀沉降预测模型
4.1 影响因素及主要因素确定
4.1.1 逐步回归法
4.1.2 主要因素确定
4.2 数据选取
4.2.1 正交试验设计
4.2.2 选取代表性数据
4.3 预测模型确定
4.3.1 算法选择
4.3.2 回归模型
4.4 模型检验与确定
4.4.1 模型检验
4.4.2 模型确定
4.5 本章小结
第五章 地基-路堤-路面一体化设计方法
5.1 设计控制指标
5.1.1 容许工后不均匀沉降
5.1.2 道路结构参数
5.2 软基-路堤-路面一体化设计方法
5.2.1 调查与勘察
5.2.2 初步拟定参数
5.2.3 参数修订
5.2.4 结构验算及经济分析
5.3 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
致谢
参考文献