采空区高速公路路基路面变形破坏

随着各地高速公路建设的快速发展,一些高速公路无可避免地要跨越采空区,这就可能面临采空区地表沉陷引起高速公路路基路面破坏问题。因此,针对采空区路基路面的主要病害,开展采空区高速公路路基路面变形破坏理论和变形协调设计方法的研究就显得十分重要。采用粘弹性蠕变本构关系建立有限元仿真模型,对采空区路基路面变形破坏问题进行理论研究,主要研究内容包括以下几个方面:(1)运用ANSYS软件建立数值仿真模型,分析采空区地表沉降特征,将地表沉降曲线分为三个区域:下凹区、上凸区、反弯区,并分析不同因素影响下地表沉降曲线的变化规律。(2)根据地表沉降曲线分区特征,建立采空区—路基—路面整体模型,分析路基位于地表沉降曲线不同特征区段时路基路面的变形破坏模式。(3)根据地表沉降曲线特征,结合采空区路基路面变形破坏的主要影响因素,研究采宽、采厚、采深、煤层倾角、留设煤柱等因素对采空区路基路面变形及应力的影响,总结不同因素影响下路基路面变形破坏的基本规律。(4)根据有限元计算分析结果及高速公路安全运行的设计标准,归纳总结了采空区一般处治方法,并基于协同作用原理给出了采空区路基路面变形协调设计方法。     

开采影响下高等级公路的防护措施探讨

探讨了高等级公路在采动影响下的地面维修措施和井下开采措施.其中地面维修措施主要包括加高路基、加宽路基、灌浆处理采动裂缝;调整超限的坡度、竖曲线、平面圆曲线和超高;修理不平整的路面和损坏的涵洞;采动前在水泥混凝土路面上设置变形缝,减小水泥混凝土路面单体的长度,以增大抵抗水平变形的能力;对重要的涵洞进行采前加固或改为管涵,...     

井采诱使加筋板处治拓宽路基路面变形破坏模型试验

针对高速公路穿越我国矿产资源丰富地区,井工开采活动情况,利用比例模拟方法开展模型试验,研究跨越采空区公路通车运营后重交通情况下路基路面的变形破坏规律,特别揭示了井采诱使加筋板处治拓宽路基路面变形破坏。采用加筋板处治方案时,煤层开采会造成路面的沉降,但是由于加筋板的作用,路面沉降量得到协调控制,差异沉降很小,不会对路面结构造成大的危害。     

采动区地表剩余变形对高等级公路影响预计分析

高等级公路建设中经常遇到公路穿越矿区采动影响区的问题。采动引起的地表移动变形是确定路基稳定性、分析采空区影响程度的主要依据。采动地表移动变形可分为连续移动变形与非连续移动变形两大类。在地表连续变形条件下，得出预计地表剩余沉陷引起移动变形的理论方法，由地表剩余变形等值线图形分析，划分其为不同的影响区，根据不同影响区位移变形的特点，给出适应于采动区移动变形要坟的抗变形路基 面结构方法。     

基于路基路面协调变形的水泥混凝土路面设计研究

采基于路基路面协调变形,建立三维有限元分析模型,并对典型水泥混凝土路面结构的荷载应力进行计算。采用正交试验设计的方法对路面设计参数进行组合,系统分析了设计参数对路基路面应力响应的影响。结果表明,对于水泥混凝土路面,在路面设计参数中,仅有路基回弹模量对路面板拉应力与面层板厚度对路基应力具有显著影响。因此,可将路面厚度和路基回弹模量设计作为水泥混凝土路面设计重点。基于不同路面板厚度下路基工作区深度,可将交通荷载影响区加深至1．5m。基于不同路面板厚度、路基回弹模量和不同轴载对水泥混凝土路面板疲劳寿命影响规律,在重载交通条件下,应该增加路面厚度和增强路基。考虑经济因素并结合以上分析,建议水泥混凝土路面厚度宜取28—30cm,路基回弹模量宜介于40-80MPa之间。     

高速公路下伏多层采空区路桥变形及受力响应特征研究

高速公路下伏采空区地表变形计算及处治范围确定,是目前高速公路建设中急待解决的技术难题,尤其在缺乏观测资料地区,目前的经验及理论公式都难以解决.以垄茶高速采空区为背景,基于ansys有限元程序构建FLAC3D计算模型,分别对开采前、开采后未注浆和经注浆处理的多层采空区进行数值模拟对比,分析了路基、桩基变形响应和应力响应特征,确定了地表变形警戒边界和注浆处理范围,这对注浆处理和路面及桥梁设计具有重要的理论指导意义和工程实践价值.     

公路交通荷载对公路路基的稳定性影响

路基是路面的基础,只有稳定、坚实、耐久的路基才能保证路面的质量。因此,理解交通荷载如何影响路基的稳定性并采取相应的改良措施,对于提升公路质量和耐用性至关重要。文章结合某公路工程,采用有限元软件Plaxis 3D建立公路交通荷载作用下的路基动力响应模型,通过对路基的动力响应进行分析,得到公路交通荷载作用下路基动力响应规律。研究表明：移动荷载的移动速度和激振频率是影响路基稳定性的主要因素,移动荷载作用下的路基动力响应随着荷载移动速度的增大先迅速增大,在达到峰值后迅速减小;竖向位移、竖向加速度和动应力的关键速度分别为1.1倍、0.9倍和1.0倍的剪切波速;随着激振频率的增大,移动荷载作用下的路基动力响应总体呈现上涨的趋势,在激振频率超过约30 Hz后缓慢减小,且动力响应时程曲线表现出更显著的动力性。研究成果对于路基路面施工、路用材料的选择、路面抗车辙研究及养护工程具有重要的参考和借鉴价值。     

高速铁路桩板结构处理采空巷道地基沉降数值分析

以合肥至福州高速铁路五府山车站路基为研究对象,对采空区路基桩板结构基础沉降进行数值模拟,分析路基在不同工况下变形规律,为采空巷道上方桩板基础稳定性评价提供依据。研究结果表明:桩板结构能够有效限制采空巷道顶板的冒落垮塌,能减小采空区路基变形,表明桩+承载板结构作为采空巷道地基的工程处理方法是有效的。     

路基工作区的影响因素研究

针对目前路基工作区未考虑路面结构、交通荷载、路基加固对路基工作区影响的现状,展开路基工作区影响因素的研究.借助ANSYS软件,计算了两种路面结构、3种轴重和两种加固方式下的路基工作区.研究结果表明,路面结构厚度越厚,则路基工作区深度越小,两者呈线性关系,高等级公路的路基工作区比二级公路小;路基工作区随着轴载的增大而增大,两者近似呈线性关系;现行规范把路基上部0～80 cm部分作为路基工作区是不够合理的,应根据路面厚度和交通情况分别设置合适的路基工作区;加固路基对减小路基工作区深度有着明显的效果,对于高等级公路,水泥加固效果明显优于石灰加固,对于二级公路,水泥加固与石灰加固效果相当.     

新老路基相互作用下山区公路拓宽工程的变形数值模拟

根据山区公路改扩建工程的特点,结合重庆某山区公路的改扩建工程,采用FLAC3D有限元进行数值模拟,对山区改扩建公路的路基横向变形规律、路基断面形式、路基边坡稳定性进行了研究。结果表明,随着路基拓宽的逐渐增加,老路基沉降变形和新路基的沉降量随之增大,随着新老路基结合部的移动,最大沉降点也随之移动。在新老路基结合的位置,沉降值达到最大;老路基一次荷载作用后,其拓宽宽度和沉降变形联系较小,沉降变形基本不变,随拓宽宽度的增大,沉降变形随之增大。随共同作用层的增大,差异沉降随之增大。在共同作用层设置土工格栅前后,施工期路基沉降量变化较小,运行期路基沉降量变化则比较明显。当具有较大变形量时,在土工格栅设置后,变形量有较大的降低。     

春融期重载车辆-路面-路基垂向动力分析模型

针对季节冻土区春融期重载车辆作用下道路病害突出的问题,以三轴重载汽车为例,建立季节冻土区春融期重载车辆-路面-路基体系垂向动力学物理模型;基于D' Alembert原理推导了重载车辆、路面和路基冻结层的振动微分方程,并采用Wilson-θ法对动力方程求解。数值仿真结果表明:建立的路面-路基体系模型能够反映季节冻土区春融期路基呈层状分布且刚度软化的特性;随着车体质量增加和路基融化层刚度的降低,路面振动位移平均峰值和路面振动加速度平均峰值基本呈线性增加;车辆行驶速度增大,路面振动加速度平均峰值增大,优势频段数目增多、优势频率增大;路面振动位移平均峰值呈锯齿型;路基冻结层厚度增加,路面振动位移平均峰值和路面振动加速度平均峰值降低,当其厚度大于0.3 m后趋于稳定。     

特殊条件下旧水泥混凝土路面冲击压实技术研究

以路网旧水泥混凝土路面改造工程——合水路工程为例,结合路网工程的一般特点,探讨了在路基含水量大、基层松散、结构层厚度不均匀等多种特殊条件下应用冲击压实技术的基本原则与方法.结论认为,对于路基、基层软弱的旧水泥混凝土路面,应采用较低的冲压遍致(<10遍),并增加防止路基变形的控制点;适当情况下,应将破碎层作为垫层使用;进行针对性设计,适当增大加铺路面结构总厚度.     

季冻区路基冻胀置换深度的计算方法

为防止季东区公路路基产生冻胀病害,依据试验和观测结果,分析了路基土冻胀量沿冻深的分布规律。基于路面容许变形值,通过对观测数据的数理统计分析,提出了水泥混凝土和沥青混凝土路面的路基容许冻层厚度计算方法。最后,提出了半经验、半理论的公路路基置换深度计算方法。采用这种方法,简化了路基置换深度的计算过程,可以方便地推荐出不同条件下路基的置换深度。论文研究成果为季冻区公路路基设计及路面冻害的防治提供了理论依据及实用的设计方法。     

考虑水平摩阻的Pasternak路基基层及路面变形分析

为了分析实际工程中路面结构在各类情况下的变形特性，采用Timoshenko梁模型模拟路面及基层特性，Pasternak地基模型模拟路基特性，考虑路面基层间的水平摩阻、路面和基层梁单元的形心轴向位移、基层材料与路基土的非线性应力-应变关系，根据弹性体的虚功原理列出虚功方程，离散后得到单元切向刚度矩阵，运用有限元方法进行组装并采用迭代法进行求解，得到路面结构在不同参数作用下的变形结果。分析基层厚度，模拟水平制动荷载、水平摩阻系数及其他参数对路面结构变形的影响。计算结果表明：如果不考虑基层作用和水平摩阻，采用线性Winkler地基模型计算所得结果与已有文献的计算结果非常接近，验证了该模型与计算方法的正确性；加厚基层厚度能抑制路面沉降及弯曲变形，路面与基层间的摩阻能减小路面沉降，两者都会增大形心轴向位移，水平摩阻的影响不能忽略；模拟水平制动荷载会引起路面微小的转动并从而引起路面结构的变形；增大地基极限承载力能减小路面沉降，一定程度上能抑制路面的弯曲及轴向变形，但效果不显著；增大基层中的剪切作用能有效减小路面沉降及弯曲变形，基层中最终剪应力的大小对路面形心轴向位移的影响尤为明显。     

路基加固对路基工作区深度的影响研究

采用ANSYS软件计算分析不同公路等级的路基工作区深度,考察路基加固厚度和强度对路基工作区深度的影响。研究结果表明,路面结构厚度对路基工作区深度有显著的影响,路面结构厚度越厚,路基工作区深度越小,高等级公路的路基工作区深度比二级公路小;在加固强度一定的情况下,增大加固厚度可显著降低二级公路的路基工作区深度,而对高等级公路则效果甚微;在加固厚度一定的情况下,提高加固强度能显著降低路基工作区深度;与增大加固厚度相比,提高加固强度是一种更为有效的方法。     

道路穿越煤田采空区预留煤柱的技术措施研究

为了开发和利用废弃矿区老采空区土地,提高矿区土地利用率,缓解矿区土地资源紧缺的矛盾,开展采空沉陷区土地资源的开发和利用工作已经迫在眉睫。该文通过乌鲁木齐外环路东北段穿越六道湾煤田采空区的工程实例,介绍了道路穿越煤田采空区预留煤柱路段确保路基抗变形措施的方法、注浆处理的技术和检测路基抗变形效果的检测方案等。其技术措施可供同行借鉴。     

高速公路下伏多层采空区影响的预计评价方法

介绍多层采空区影响预计的概率积分法，采用闭合矩形分块段积分模型，可以适应采深、采厚、煤层倾角和开采形状的变化以及复杂多个走向采空区的情况，提高程序的通用性和预计评价精度。通过计算单元的坐标变换可以方便地预计倾斜煤层对地表沉降的影响，改变传统的上山下山方法。实例计算结果表明，水平变形、地表斜率和曲率沿公路轴向和横向变化均较大，远远超过允许值，该采空区必须进行处治。     

黄土公路下伏采空区数值模拟与处置技术研究

为提高采空区治理能力,文章基于有限离散元分析模拟,研究公路下伏采空区地表移动变形规律。依托荣成至乌海高速公路具体工程项目,通过注浆处置模拟与实际工程实施,研究注浆范围、注浆参数对采空区稳定性的加固效果,提出了不同路基下伏采空区注浆处置的评价标准。结果表明：黄土地区填方路基下伏采空区的地表最大移动变形值与填方路基的高度线性相关。对于一般路基,宜取采空区治理后冒落带剪切波速为200 m/s作为注浆处置评价标准;对于高填方路基,宜采取剪切波速为250 m/s作为注浆处置评价标准。     

重载汽车-路面-路基垂向耦合动力学模型

为了研究路面不平度激励下移动重载汽车、路面结构和路基的动力相互作用,将重载汽车简化为由弹簧和阻尼器并联的匀速移动多自由度刚体模型,面层简化为离散基层块体支撑的带内部阻尼连续薄板模型,基层简化为支撑于粘弹性路基上的离散块体模型,并采用Wilson-θ法对建立的重载汽车-路面-路基垂向耦合动力学模型求解,同时验证模型的可靠性.研究结果表明:移动重载汽车产生的动力效应显著,五轴汽车产生的轮胎接地力和路面动位移最大,随着后轴轴重的增加,轮胎接地力和路面位移呈线性增加;随着行车速度增加,轮胎接地力峰值和路面动位移峰值增加,但路面动位移均值变化较小;路面不平度等级由A级降为D级时,轮胎接地力放大倍数增大了1倍多,且路面动位移峰值增幅达72％;路基刚度对轮胎接地力影响较小,但路面位移的影响则较为显著.     

寺沟下覆煤层采动作用下公路桥基变形失稳机理数值模拟分析

王村乡寺沟煤矿采区路基下煤层开采方法为房柱式开采。在线路上形成的采空区位于k72 980~k73 240范围内,随着公路施工及煤层开采,采空区安全隐患逐渐暴露。利用计算机数值模拟分析,结合采空区情况,给出稳固性初步评价,为合理选择跨越采空区桥梁形式提供依据。