特殊地区道路思考题

1.（1）路基投入使用后，其湿度状态会发生什么变化？（2）试根据非饱和土力学的“水-土特征曲线”叙述预测路基平衡湿度的方法。（3）通过绘制简图叙述在中湿条件下路基内基质吸力随深度的变化规律。答：（1）路基一般是属于经过开挖、重塑和再压实的土，且位于地下水位上方，大多都属非饱和土，其湿度状态常年受到地下水位升降、降水与蒸发、内部排水条件等因素的影响，路基湿度在使用期内会逐渐发生演变，通常由建成初期的最佳压实含水量状态逐渐变化为服务运行期的平衡含水量状态，进而导致路基结构支撑条件发生变化。（2）具体方法如下：①通过滤纸法，测定土样基质吸力，并测量对应土样的体积含水量。②绘制SWCC曲线，拟合常见SWCC模型，并对模型参数进行标定。③预估地下水位控制区粘土路基内基质吸力，结合标定的SWCC模型，预估路基土平衡湿度。④对比分析平衡湿度预测与实测结果，检验该粘土路基平衡湿度预估方法的合理性。路基土基质吸力主要受地下水位影响，此时路基湿度在基质吸力、重力和积土荷载的共同作用下一般处于平衡湿度状态，以下为受地下水位影响的路基土基质吸力预估方程：hs=h*γw其中hs为基质吸力，h为计算点距地下水位的距离，γw为水的重度。（3）2.《公路路基设计规范》（JTGD30-2015）第3.2.4条规定，路基应以路床顶面回弹模量为设计指标，以路床顶面压应变为验算指标。请回答：（1）如何确定新建公路路床回弹模量？（2）为何要控制路床顶面压应变？（3）如果路床回弹模量或者路床顶面压应变不满足要求，应采取什么措施？答：（1）新建公路路基回弹模量设计值E0应按1）式计算，并满足2）式要求。E0=KsKƞMR1）式E0≥[E0]2）式式中：E0—平衡湿度状态下路基回弹模量设计值（MPa）[E0]—路面结构设计的路基回弹模量要求值（MPa）MR—标准状态下路基动态回弹模量值（MPa）Ks—路基回弹模量湿度调整系数Kƞ—干湿循环或冻融循环条件下路基土模量折减系数（２）我国沥青路面设计的依据是以各层的弯沉为设计指标，以层底弯拉应力为验算指标，基层底压应变的极限值即为破坏值，是设计指标，因此为了保证路面结构，在路基设计过程中，应当对路床顶面的变形加以控制。（３）当路基湿度状态、路基填料ＣＢＲ、路床回弹模量和竖向压应变不能满足要求时，应根据气候、土质、地下水储存和料源等条件，经技术经济必选后，对路床采取下列措施：①可采用粗粒土或低剂量无机结合料稳定土等进行换填深度；②对细粒土可采用砂、砾石、碎石等进行掺和处治，或采用无机结合料进行稳定处治。细粒土处治设计应通过物理力学试验，确定处治材料及其惨量、处治后的路基性能指标等；③水文地质条件不良的土质挖方路基或潮湿状态填方路基，应采取设置排水垫层、毛细水隔离层、地下排水渗沟等措施；④季节冻土地区各级公路的中湿、潮湿路段，应结合路面结构进行路基结构的防冻验算。必要时，应设置防冻垫层或保温层。3.地基加固的方法有哪些？分别叙述其原理。答：⑴排水固结法，原理：粘性土地基在荷载作用下，土中孔隙水排出，孔隙比减小，地基固结变形，超级水压力消散，土的有效应力增加，地基图强度提高。⑵振密、挤密法，原理：采用一定的手段，通过振动、挤压使地基上孔隙比减小，强度提高、必要时，在振动、挤密的过程中，同填砂、砾石、灰土等，与地基上形成复合地基，从而提高地基承载力，减少压缩量。⑶置换及拌入法，原理：采用专门的技术措施，以砂、碎石等材料置换软弱上地基，或在部分上体中掺入水泥或砂浆等形成加固体，与未加固部分的上形成复合地基，从而提搞地基承载力，减少压缩量。⑷灌浆法，原理：用液压、气压或电化学的原理把某些能固化的浆液注入各种介质的裂缝或孔隙，以改善地基的物理力学性质。⑸加筋法，原理：通过在土层中埋设强度较大的土工聚合物、拉筋、受力杆件等，达到提高地基承载力，减少压缩量。⑹冷热处理法，原理：通过人工冷却，使地基冻结，或在软弱粘性土地基的钻孔中加热，通过焙烧使周围地基减少含水量，提高强度，减少压缩性。4软土路基控制加荷速率和分阶段施工的目的、意义及方法（1）由于软土地基本身强度较低、含水量大、渗透性差。在外荷载作用之后，地基土孔隙水逐渐排除，超孔隙水压力逐渐消散，此时土体内的有效应力逐渐提高，土体发生固结变形，地基强度逐渐增长。（2）在一定的加荷速率下，土体内的这种变化是在地基土的允许强度范围内进行的；当加荷速率过大，外荷超过了土体的容许强度后，即使地基未达到完全破坏，也会造成地基局部塑形变形区加大，地基侧向变形增大，从而增大地基的沉降值。（3）在软土初始剪切强度太低，不足以保证路堤稳定时，可以采用分阶段施工方法。路堤填筑到一定高度，其稳定安全系数达到预定的下限值后，放置一段时间，使软土地基通过固结而增加其抗剪强度，达到能支撑下一层填土重量；而后进行第二阶段的路基填筑，在其安全系数下降到预定下限值后，在放置一段时间，重复多次，填到设计高度为止。（4）虽然在路堤填筑之前应按软土的初始剪切强度、固结速率、不排水剪切强度同有效应力的关系等，分析安排分阶段的填筑高度和施工进度，但是由于各项参数的不确定性，需要在填筑过程中监测软土层内有效应力的实际增长，以检查设计和控制施工。监测通过埋设在软土层内的孔隙水压力仪和沉降仪进行。5试述土工泡沫塑料减载作用机理（包括挡土墙和涵洞）原理：土工泡沫塑料容重只有土的1/50~1/100，并具有较好的强度和压缩性能，用于填土料可有效地减小作用在地基上的荷载，需要时也可置换部分地基土，以达到更好效果。土工泡沫塑料具有自承性和自硬性，用于挡土结构中，可以减轻对墙面的水平压力。用于挡土结构的土工泡沫塑料压缩性高，由于相对静止的挡土结构和填土之间产生位移，填土剪切强度得以充分发挥，尤其在加筋土挡土墙中，对于驱动筋材拉伸强度作用非常有效。将其装置在刚性挡土墙与填土之间，可以极大地减少对挡墙结构的横向作用力，起到明显的减震效果。涵洞：土工泡沫塑料作为柔性填料，布置于上埋式涵洞的管顶，利用土工泡沫塑料的压缩性，使得刚性结构与填土之间产生一定的位移，有利于土体自身剪切强度的发挥，从而减小作用于结构上的土压力，形成土拱效应，减轻荷载。6试述软土地基条件下轻质材料铺设厚度的确定方法7、（1）路基拓宽改建设计的核心技术问题是什么？（2）《公路路基设计规范》（JTGD30-2015）第6.4.3条“高速公路、一级公路路基拓宽改建”要求，“深厚软土地基，可采用复合地基或轻质路堤等处理措施，不宜采用对既有路基产生严重影响的排水固结法或强夯法。对于鱼（水）塘、河流、水库等路段，需要排水清淤时，应采取防渗和隔水措施后方可降水”。请结合土力学原理谈谈你对上述条款的理解。答案：（1）路基拓宽改建设计的核心问题是新老路基产生的不均匀沉降，导致新老路基在路面衔接处引起反射裂缝。（2）高速公路、一级公路路基拓宽改建中，对于深厚软土地基，由于含水量高、土体承载力低，荷载作用下会产生较大变形，采用排水固结或强夯法，对深厚软土的含水量排除不彻底，会产生“弹簧”现象，新老路基结合部的强度和稳定度不能够满足要求，而应采用复合地基或轻质路堤等处理措施会更有成效。对于鱼（水）塘、河流、水库等路段，含水量高、淤泥土强度刚度稳定性均不能满足要求，因此需要排水清淤，为避免该段土体水分迁移加强施工效果，应当配合采用防渗和隔水措施，再进行降水处置更为合理，同时可以缩短施工工期、增强处理的有效性。8、试述复合地基的作用原理、形成条件和荷载传递路径；答案：复合地基的作用机理主要表现为：挤密效应、排水固结效应、桩体效应、垫层效应和加筋效应。1)挤密效应：竖向增强体复合地基在施工过程中将桩位处的土部分或全部的挤压到桩侧，使桩间土体挤压密实；2)排水固结效应：增强体透水性强，是良好的排水通道，能有效地缩短排水距离，加速桩间饱和软黏土的排水固结；3)桩体效应：复合地基中桩体刚度大，强度高，承担的荷载大，能将荷载传到地基深处，从而使复合地基承载力提高，地基沉降量减小；4)垫层效应：复合地基的复合土层宏观上可视为一个深厚的复合垫层，具有应力扩散效应；5)加筋效应：水平向增强体复合地基，在荷载的作用下，发生竖向压缩变形，同时产生侧向位移。复合地基中的加筋材料，将阻碍地基土侧向位移，防止地基土侧向挤出，提高复合地基中水平向的应力水平，改善应力条件，增强土的抗剪能力；6)协作效应：增强体与周围土体协调变形、共同工作、相得益彰。如竖向增强体复合地基，桩体强度高，刚度大，约束土体侧向变形，改善土体的应力状态，使土体在较高应力状态下不致发生剪切破坏。同时，土体也约束桩体的侧向变形，保持桩体的形状，提高桩的强度和稳定性。形成条件：在荷载作用下，增强体与天然地基土体通过变形协调共同承担荷载作用。设置增强体以保证增强体与天然地基土体能够共同承担上部结构荷载，通常要设置砂垫层、打入桩体、防渗和排水配合作业，确保地基中设置的增强体能满足形成复合地基的要求。荷载传递路径：对于浅基础，荷载直接传递给地基土体；对于桩基础，荷载通过桩体传递给地基土体；对于复合地基，荷载一部分通过桩体传递给地基土体，一部分直接传递给地基土体。9、试述采用易于风化的岩石填筑路堤的可行性及技术措施。对于易于风化的岩石填筑路堤,首先对风化岩路基填料的工程特性展开研究,提出了风化岩的压实破碎特性测试方法与评价指标其次,通过对不同风化程度的风化岩物理和力学性能的测定和分析,提出了基于风化特征指数的风化岩风化程度分级标准,并以此作为高等级公路路基填料性能的评价依据。为了探索风化岩路基的变形特性,研究利用大型通用软件进行了风化岩路基沉降理论计算,同时,在高速公路路基施工现场埋设了“多功能沉降板”,对风化岩路基的沉降变形进行了观测,最后,在实验室试槽内开展了风化岩路基大型模拟试验,探讨了风化岩路基施工工艺。研究表明,利用风化特征指数评价风化岩填料的风化程度不仅能反映填料本身的特性,同时还成功的建立了风化岩填料的风化等级与路用性能的相关关系另外,采用轮迹高差法不仅能很好的控制路基压实质量,还能从侧面反映路基的承力能力。总之,论文通过理论分析、现场观测以及大型模拟实验研究,分析了风化岩填筑路基随时间的沉降规律及影响因素,提出风化岩用于路基的施工指南和质量检测方法。10、朗肯土压力和库仑土压力理论的基本假设适用条件,上述理论的基本假设为简化土压力分析和计算提供了什么条件？答：朗金土压力假设，墙背直立光滑，墙后土体表面水平且无限延伸。这时土体内的任意水平面和墙的背面均为主平面(在这两个平面上的剪应力为零)，作用在该平面上的法向应力即为主应力。库伦土压力理论的基本假设是：墙后填土均匀，挡土墙和滑动土契体视为刚体，墙后填土为无粘性砂土，当墙身向前或向后偏移时，墙后滑动土契体是沿着墙背和一个通过墙踵的平面发生滑动。适用于填土表面为水平或倾斜的无粘性土对于粘性土只能用图解法。这样当墙背移离或移向填土，墙后土体达到极限平衡状态时，墙后填土是以一个三角形滑动土楔体的形式，沿墙背和填土土体中某一滑裂平面通过墙踵同时向下发生滑动。根据三角形土楔的力系平衡条件，求出挡土墙对滑动土楔的支承反力，从而解出挡土墙墙背所受的总土压力。11、从作用机理考虑，支挡结构哪些分类答：1、重力式挡土墙（依靠墙身自重承受土侧压力）2、衡重式挡土墙（利用衡重台上的填土重量及墙体自重共同抵抗土压力以增加墙身的稳定性）3、卸荷板式挡土墙（在衡重式挡墙的墙背设置一定长度的水平卸荷板，卸荷板上的填料作为墙体重量，而卸荷板又减小了衡重式挡墙下墙的上压力4、托盘式挡土墙（在挡墙顶部设置钢筋混凝土的托盘及道碴槽，承受线路上部建筑和列车的重量）5、悬臂式挡土墙（采用钢筋混凝土材料、由立臂、墙趾板、墙踵板三部分组成，墙的断面尺寸较小）6、扶壁式挡土墙（当悬臂式挡墙的立臂较高时沿墙长方向每隔一定距离加一道扶壁把墙面板和墙踵板连接起来，以减小立臂下部的弯矩）7、锚杆挡土墙（锚杆挡土墙是由钢筋混凝土肋柱、墙面板和锚杆组成，靠锚杆拉力来维持稳定，肋柱、挡板可预制，有时，根据地质和工程的具体情况，也采用无肋柱式锚杆挡土墙）8、锚定板挡土墙