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干湿循环是自然界中经常出现的现象。通常情况下,在干燥过程中土体失水吸力上升并发生收缩,而在湿润过程中土体吸水吸力下降并发生体积膨胀。这种交替进行的过程不仅改变土当前状态,还会改变土的微观结构和力学性质,进而会导致土工结构物的变形。 随着社会经济的发展,已有的高速公路越来越满足不了日益增加的交通量需求,对已有高速公路进行拓宽处理,是解决交通通行不足的一个有效措施。新、老路堤由于材料特性、固结程度以及结构形式上的差异,在干湿循环下更加容易发生差异变形。然而,相关的研究较少,需要进行更深入的研究。 本文以深圳市水官高速公路的拓建为研究对象,研究在干湿循环作用下拓宽路堤差异变形的规律以及重要因素对其产生的影响,为拓宽路堤的建设和维护提供依据。 首先,本文进行了干湿循环下路堤边坡数值模拟的验证。根据离心机试验模型,应用大型非线性有限元软件ABAQUS进行建模,并采用基于非饱和土有效应力的Mohr-Coulomb模型,对干湿循环下路堤边坡进行了数值模拟。将模拟结果与试验结果进行对比,两者吻合较好,说明了本文所用数值模拟方法的合理性。 其次,利用ABAQUS进行数值模拟,通过比较考虑干湿循环作用和不考虑干湿循环作用下拓宽路堤差异变形,发现在考虑干湿循环的计算中,拓宽路堤的差异沉降增大59.7％,并产生有规律的胀缩变形,这是因为干湿循环引起路堤塑性变形和坡脚水平位移的结果。 最后,对影响干湿循环下拓宽路堤差异沉降的重要因素进行了分析。研究了路堤拓宽方式、路堤拓宽坡度和干湿循环幅度的影响。发现了考虑干湿循环作用比不考虑干湿循环作用,采用单侧拓宽方式时增加了67.2%的差异沉降,而采用双侧拓宽方式增加了60%的差异沉降,采用单侧拓宽方式时干湿循环作用的效应增大;并且随着拓宽坡度的增加,增加的差异沉降也逐渐增大,从拓宽路堤坡度1:2的26.8%到拓宽路堤坡度1:1.5的42%,再到拓宽路堤坡度1:1的55.4%。随着干湿循环幅度的增加,差异沉降也逐渐增加,降雨量为1942.5mm/年比降雨量为1800mm/年的差异沉降增加了8.0%,降雨量为2200mm/年比降雨量为1942.5mm/年的差异沉降增加了8.3%。这些都为拓宽高速公路差异沉降的控制提供了依据。