一种考虑多年冻土路基局部劣化的路基分析计算方法与流程

本发明涉及冻土路基结构计算，具体涉及一种考虑多年冻土路基局部劣化的路基分析计算方法。

背景技术：

1、在冻土地区修建道路，需考虑路基冻融循环。地基冻融过程中，水分迁移，会在路基下方形成冰透镜体，冰透镜体的融化会导致局部土体性质极度劣化，造成路基局部承载力降低，从而导致冻土地区路基发生不均匀沉降。

2、目前路基结构设计方案主要考虑整体融沉特性，局部土体劣化主要依靠设计人员的经验综合考虑。地基计算时，需要进行考虑土体劣化的荷载组合。由于土体材料的非线性，荷载效应和荷载变量之间为非线性关系，需先进行荷载组合，而后直接得出荷载效应。然而由于土体冻融循环后劣化的范围和程度难以预测，设计阶段地基验算仅根据地基土整体融沉特性粗略估计局部土体劣化对路基的影响，或假设土体为多层均质材料，目前尚缺少考虑局部土体冻融循环劣化后的路基设计方法。

3、专利号为cn202210247719.x，专利名称为一种季节性冻土地区路面基层方案比选方法的专利，公开了一种季节性冻土地区路面基层方案比选方法，其考虑了冻土地区冻胀和融沉对路面基层效益指标、成本指标的影响，但其仅提供了路面设计方法，未提供路基设计方法，未考虑多种非线性影响因素对地基承载力、变形、稳定性作用效应的叠加方法，且未考虑下卧地基冻土劣化对路基变形的影响。

4、专利号为cn202310767954.4，专利名称为一种基于序贯偏差的冻土路基冻融损伤程度的评价方法的专利，其以含冰序贯偏差为基础，考虑外界温度变化的影响，得到路基冻融损伤场，揭示了路基冻融损伤的空间分布，其可模拟计算路基表层损伤，但是，对于易造成局部沉陷的路基深层局部劣化无法计算。

技术实现思路

1、有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种考虑多年冻土路基局部劣化的路基分析计算方法。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种考虑多年冻土路基局部劣化的路基分析计算方法，步骤为：

3、s1：确定路面沉陷区尺寸，按照目标导向确定沉陷区直径d和高度h，得到目标沉陷；

4、s2：假定劣化区域位置、大小、劣化程度，建立计算模型，通过有限元或离散元进行数值分析，得到工后路面沉陷情况；

5、s3：对比模拟预测的工后路面沉降与目标沉陷的差异，随机改变或根据规律有目的的改变劣化区域位置、大小、劣化程度，反复试算最终得到与目标沉陷几乎吻合的满足条件的多组地基劣化位置、大小、劣化程度；

6、s4：分别假定地基劣化满足上述位置、大小、劣化程度，进行施工过程模拟，结合给定的路基方案，考虑车辆荷载等荷载组合，验算多工况非线性荷载组合下路基结构的受力与变形，当取三组劣化解时，取最不利值作为参考值；当取值大于三组时，取平均值作为参考值，进行设计或评估。

7、进一步，步骤s2的具体方法为：劣化区域位于沉陷区正下方或侧下方，采用假定的多组劣化区域参数包括直径di、劣化区域高度bi、劣化区域距路面hi，劣化区域中心至沉陷中心的距离li，建立有限元或离散元模型，将局部劣化区范围内土体弹性模量、内摩擦角、粘聚力参数设置为极小值，以模拟水分迁移导致的土体急剧劣化，试算获得沉陷范围参数di、hi。

8、进一步，步骤s3的具体方法为：按照对沉陷区有利和不利的原则通过随机改变或者有规律有目的的改变劣化区域位置、大小、劣化程度，试算出各参数的最大值和最小值，得到劣化区参数可行域，反复修改初始参数进行试算，通过比较假定的劣化区域计算得到的沉陷区域参数di、hi和目标沉陷区域参数d、h，筛选3组及以上满足误差范围内的假定沉陷区参数di，bi，hi,li(i∈(3,n))。

9、进一步，步骤s1)中的沉陷区直径d和高度h，根据冻土区道路病害情况经统计确定。

10、与现有技术相比，本发明的优点如下：

11、1、本发明通过目标导向确定沉陷范围为基础，通过随机选取或有目的的修改地基局部劣化参数试算计算沉陷，迭代计算使计算沉陷与目标沉陷较为接近，从而确定地基局部劣化参数，提出了路基局部劣化计算方法，与传统基于经验的评价设计方法相比更具客观性。

12、2、本发明提供了考虑地基局部劣化的地基验算方法，验算过程可考虑土体局部劣化与地基土上其他作用荷载的非线性叠加，可更全面的评价地基承载力、变形和稳定性。

技术特征：

1.一种考虑多年冻土路基局部劣化的路基分析计算方法，其特征在于，步骤为：

2.根据权利要求1所述的一种考虑多年冻土路基局部劣化的路基分析计算方法，其特征在于，所述步骤s2的具体方法为：劣化区域位于沉陷区正下方或侧下方，采用假定的多组劣化区域参数包括直径di、劣化区域高度bi、劣化区域距路面hi，劣化区域中心至沉陷中心的距离li，建立有限元或离散元模型，将局部劣化区范围内土体弹性模量、内摩擦角、粘聚力参数设置为极小值，以模拟水分迁移导致的土体急剧劣化，试算获得沉陷范围参数di、hi。

3.根据权利要求1或2所述的一种考虑多年冻土路基局部劣化的路基分析计算方法，其特征在于，所述步骤s3的具体方法为：按照对沉陷区有利和不利的原则通过随机改变或者有规律有目的的改变劣化区域位置、大小、劣化程度，试算出各参数的最大值和最小值，得到劣化区参数可行域，反复修改初始参数进行试算，通过比较假定的劣化区域计算得到的沉陷区域参数di、hi和目标沉陷区域参数d、h，筛选3组及以上满足误差范围内的假定沉陷区参数di，bi，hi, li (i∈（3,n）)。

4.根据权利要求3所述的一种考虑多年冻土路基局部劣化的路基分析计算方法，其特征在于，所述步骤s1）中的沉陷区直径d和高度h，根据冻土区道路病害情况经统计确定。

技术总结本发明涉及冻土路基结构计算领域，具体涉及一种考虑多年冻土路基局部劣化的路基分析计算方法。本发明假定路面沉陷区域直径D、高度H为目标沉陷，假定劣化区域位置、大小、劣化程度，通过有限元或离散元进行数值分析，得到工后路面沉陷情况，对比模拟预测的工后路面沉降与目标沉陷的差异，随机改变或根据规律有目的的改变劣化区域位置、大小、劣化程度，反复试算最终得到与目标沉陷几乎吻合的地基劣化位置、大小、劣化程度，将多组劣化区域参数确定的劣化区建立在有限元或离散元模型中，分别与路面荷载计算工况的其他荷载组合计算，分别计算各劣化区对应的路基结构荷载效应，取最不利值或平均值对路基强度、变形、稳定性进行设计或评估。技术研发人员：王佐,李军,张翼,成立涛,王姗受保护的技术使用者：中交第一公路勘察设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6