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關(guān)于高速公路路堤下復(fù)合地基理論的幾點探究
摘要：結(jié)合國內(nèi)外研究資料和當(dāng)前路堤下復(fù)合地基的現(xiàn)狀，探討了國內(nèi)現(xiàn)行的幾種高速公路路堤下復(fù)合地基理論研究成果，并指出研究中存在的問題，對今后的研究工作提出建議。
關(guān)鍵詞：高速公路；路堤；柔性基礎(chǔ)；復(fù)合地基
0 引言
近年來利用復(fù)合地基技術(shù)處理高速公路軟土地基日益增多，與其他方法相比，具有施工工期短，提高地基承載力快，減小工后沉降效果顯著等優(yōu)點。
在研究前人工作的基礎(chǔ)上，對路堤下復(fù)合地基的研究現(xiàn)狀作了總結(jié)和分析，指出了其中存在的問題，并對今后研究工作提出了若干建議，以期為將來的研究提供一定的參考。
1 研究現(xiàn)狀分析
目前，對于路堤這種柔性基礎(chǔ)下的復(fù)合地基理論研究還處在初步階段，這方面的研究成果國內(nèi)外極少�，F(xiàn)有的研究成果主要集中在試驗研究、理論計算和數(shù)值模擬三方面。
1．1 試驗研究 ①模型試驗。S·H·Chew通過室內(nèi)模型試驗對路堤下剛性樁復(fù)合地基的工作機理開展研究，得到了加載過程中樁土應(yīng)力比、地表沉降的變化規(guī)律。方磊通過室內(nèi)模型試驗，研究了柔性基礎(chǔ)下樁土應(yīng)力比與樁底持力層強度和上部荷載的關(guān)系。Allersma通過離心機模型試驗對比分析了路堤下天然地基、水泥攪拌樁、剛性樁復(fù)合地基和半剛性樁復(fù)合地基的破壞模式、工作性狀及其主要影響因素。②現(xiàn)場試驗。Eksortm通過現(xiàn)場測試證明了柔性基礎(chǔ)（路堤）下樁頂位移與樁間土體位移并不相等。孫軍、李海芳對路堤荷載下復(fù)合地基的變形特性進行了長期現(xiàn)場觀測研究，發(fā)現(xiàn)樁與樁間土體的沉降不一致，樁與樁周土存在等沉面。曾開華、吳少漢通過現(xiàn)場試驗，對公路路堤下復(fù)合地基的力學(xué)特性進行了分析，結(jié)果表明低強度混凝土剛性樁復(fù)合地基樁土應(yīng)力比的變化趨勢為先減小后增大，而水泥土柔性樁的樁土應(yīng)力比變化趨勢是逐漸增大的。
1．2 理論計算研究 Alamgir通過假定典型單元體的位移模式，提出了“單位元”的概念，獲得了柔性基礎(chǔ)下端承樁復(fù)合地基中樁和樁周土的附加應(yīng)力和沉降計算的解析方法。楊濤等修正了Alamgir的典型單元體變形模式，提出了柔性基礎(chǔ)下豎向增強體復(fù)合地基沉降計算的復(fù)合本構(gòu)有限元分析方法，該方法未能反映樁土之間豎向不協(xié)調(diào)性。李海芳在楊濤的基礎(chǔ)上考慮了樁土相互作用，提出了改進的位移分布模式，通過力學(xué)推導(dǎo)，得到了路堤荷載下復(fù)合地基加固區(qū)壓縮量的簡化算法等等。實踐表明，利用這些計算方法得到的結(jié)果與實測值有較好的吻合，因此這種求解柔性基礎(chǔ)下沉降與應(yīng)力的分析方法是有價值的。
1．3 數(shù)值模擬研究 J·Han采用典型單元體和Duncan-chang模型，對樁承式加筋路堤的性狀進行了數(shù)值分析研究，分析了路堤填土高度、加筋體剛度以及樁體模量對樁土應(yīng)力比的影響。楊虹等利用彈性、Duncan-chang非彈性兩種本構(gòu)模型，將平面問題有限元用于填土路堤下復(fù)合地基性狀的研究，對復(fù)合地基沉降及樁土應(yīng)力比的變化規(guī)律進行了研究。曾遠(yuǎn)、劉國明等利用Biot固結(jié)理論，采用非線性有限元法分析了高速公路下復(fù)合地基變形的影響因素，并提出了合理布樁方式等等�？梢钥闯�，這些研究大都是對路堤下復(fù)合地基力學(xué)與變形特性做定性的分析。
2 存在的問題
2.1 試驗方面 現(xiàn)有的試驗研究比較少，且大都是在剛性承載板下進行的，仍然沿用剛性基礎(chǔ)下復(fù)合地基試驗方法，不能真正反映路堤下復(fù)合地基的工作性狀；模型試驗是在理想的條件下進行的，存在著尺寸效應(yīng)，很難模擬實際情況，具有一定的局限性；現(xiàn)場試驗，因影響因素過多，必須經(jīng)過大量的試驗積累，才能找出規(guī)律。
2.2 理論計算方面 研究時基本將復(fù)合地基與路堤基礎(chǔ)相脫離，未考慮路堤填土——剛性墊層——復(fù)合地基——下臥層土體四者之間的應(yīng)力及變形耦合；研究中采用的樁問土豎向位移模式，大多數(shù)做法是假定在樁長范圍內(nèi)有一剛性位移，對解析計算的模型進行了簡化，這種簡化處理方法不能反映出樁土之間的力學(xué)機制。
2.3 數(shù)值模擬方面 ①材料本構(gòu)問題由于土的突出非線性，到目前為止，還沒有找到可以體現(xiàn)土的各種特性的本構(gòu)模型。采用不同的本構(gòu)關(guān)系，計算結(jié)果不同。剛性樁、柔性樁、半柔半剛性樁的本構(gòu)有較大的差別，但研究中大多數(shù)都視為線彈性體②計算模型建模時大都將樁假設(shè)成連續(xù)墻或板，將復(fù)合地基簡化成平面問題進行研究，而實際由于樁的存在，路基的力學(xué)性質(zhì)在長度方向上不再有均勻性，這將影響數(shù)值模擬結(jié)果的真實性。③計算參數(shù)的選用現(xiàn)場土體的性質(zhì)很不均勻，且各向異性，選取計算參數(shù)比較困難，實際計算時，往往對某一段范圍內(nèi)土體進行簡化，一般按經(jīng)驗公式取值，帶有隨意性，計算參數(shù)取值不同，計算結(jié)果也不同，這將影響數(shù)值模擬的可信度。④樁土接觸面的處理研究中大都沒有考慮樁土之間的相對滑動，仍采用剛性基礎(chǔ)下復(fù)合地基中樁和樁間土豎向變形相等的假設(shè)，不能反映路堤荷載下樁與樁間土的豎向不協(xié)調(diào)性及樁土之間的荷載傳遞規(guī)律。
3 今后研究工作的建議
3.1 數(shù)值分析與試驗相結(jié)合 單純應(yīng)用數(shù)值分析和試驗研究都是行不通的，必須以數(shù)值分析與試驗研究相結(jié)合，進行優(yōu)勢互補，依靠室內(nèi)和現(xiàn)場試驗研究的驗證與反饋，走理論分析和經(jīng)驗分析與實際相結(jié)合的道路。
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