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公路交通作为现代社会中最为广泛、最基本的交通运输方式,在世界各地都占有着无可替代的重要地位。在黄土地区进行公路建设时,由于其突出的地域性特点以及黄土本身的特殊性质,使得在公路建设当中以及公路建成以后的运营过程中遇到很多的公路工程地质灾害问题。这不仅在相当程度上决定和影响着公路工程的设计、建设和维护,而且对公路的安全、高效地运营也构成了巨大的威胁。这些灾害,由于其后果严重且表现形式明确而大多得到了及时研究,但长期以来,我们却忽视了一种潜在的隐患——黄土暗穴。 黄土高原的公路大都直接建设在黄土层之上,因而这种潜在的危害对公路建设的威胁也尤为普遍。它一方面不仅可对公路工程造成直接的破坏而引起交通中断,另一方面由于公路黄土暗穴的最终坍塌破坏具有突发性的特点,因而常常造成交通事故而导致车毁人亡的恶果。 黄土地区公路路基下伏暗穴的产生、发展直至坍塌破坏是一个较长时期的动态发展过程。对于公路这样一个实际体系,车辆是其服务的主要对象,因而车辆动荷载是其主要承受的荷载形式。路基下伏暗穴产生后,虽然在其发展初期不会因为车辆荷载的作用而发生直接的坍塌破坏,但是其应力集中的特点会使洞边某一范围内的土体在荷载作用下产生屈服破坏,这将引起洞径的增大和埋深的变浅,而洞室的这一变化将更有利于应力的集中和洞边土体的破坏。很显然,这是一个恶性循环过程,其最终的结果是洞室的完全坍塌破坏。因此,车辆动荷载作用下暗穴对路基的危害尤其是危害深度及宽度的研究对于暗穴的处理方法的选择,危害程度的预测等都有着重要的实际意义。 首先,本文对野外调研取得的陇西、陕北和关中的12组原状黄土试样用DDS-70电磁式振动三轴仪进行了动力特性测试。试验主要包括动弹模试验和动强度试验两项。在动弹模试验中,对测试记录的数据用图表进行了统计分析,并在此基础上获得了有限元分析的黄土地基的动弹性模量和阻尼比参数。在动强度试验中,取得了黄土地基的动粘聚力和动内摩擦角等强度参数。 其次,运用有限元方法对车辆动荷载作用下路基下伏黄土暗穴的动力响应和稳定性进行了弹塑性数值分析。分析中主要考虑了车速、洞径、埋深和偏移距离等因素的影响,找出了临界洞顶埋深随车速、洞径和偏移距离变化的规律。此外,为考察暗穴方向、暗穴断面形态等因素的影响,用不同模型进行了对比分析。 最后,在分析计算的基础上,对暗穴临界洞顶埋深的预测计算方法和步骤进行了分析,并用VB6.0编制了基于洞径和偏移距离的临界埋深计算程序LDMC,且实现了图形交互界面。