寒區(qū)公路軟土地基變形特性及精準(zhǔn)管控策略研究一、引言1.1研究背景與意義寒區(qū)通常指的是多年平均氣溫低于0℃，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的地區(qū)，涵蓋了高緯度的東北、西北部分地區(qū)以及高海拔的青藏高原等地。這些地區(qū)雖然自然條件惡劣，但蘊(yùn)含著豐富的自然資源，如石油、天然氣、煤炭以及各類金屬礦產(chǎn)等。隨著國(guó)家對(duì)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的重視以及“西部大開發(fā)”“東北振興”等戰(zhàn)略的推進(jìn)，寒區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)愈發(fā)關(guān)鍵。公路作為最基礎(chǔ)、最廣泛的交通基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)于加強(qiáng)寒區(qū)與外界的聯(lián)系，促進(jìn)資源開發(fā)、物資運(yùn)輸和人員流動(dòng)，推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提升居民生活水平具有不可替代的作用。然而，寒區(qū)特殊的自然地理環(huán)境，如低溫、季節(jié)性凍土、多年凍土等，使得公路建設(shè)面臨諸多難題，其中軟土地基變形問(wèn)題尤為突出。軟土地基在寒區(qū)廣泛分布，其主要由淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭質(zhì)土等組成，具有含水量高、孔隙比大、壓縮性強(qiáng)、抗剪強(qiáng)度低、透水性差等不良工程特性。在公路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，軟土地基在路堤荷載、溫度變化、車輛動(dòng)荷載等多種因素的綜合作用下，極易發(fā)生變形，主要表現(xiàn)為沉降、側(cè)向位移、不均勻沉降等形式。這些變形不僅會(huì)導(dǎo)致路面平整度下降，影響行車舒適性和安全性，還可能引發(fā)路面開裂、塌陷、橋頭跳車等病害，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐晒方Y(jié)構(gòu)的破壞，中斷交通，極大地縮短公路的使用壽命，增加養(yǎng)護(hù)成本和維修難度。在實(shí)際工程中，由于對(duì)寒區(qū)軟土地基變形規(guī)律認(rèn)識(shí)不足，監(jiān)測(cè)手段不完善，導(dǎo)致許多公路出現(xiàn)了嚴(yán)重的變形病害。例如，東北地區(qū)某高速公路在建成通車后不久，部分路段就出現(xiàn)了明顯的沉降和不均勻沉降，路面出現(xiàn)大量裂縫，不僅影響了行車安全，還不得不頻繁進(jìn)行維修，耗費(fèi)了大量的人力、物力和財(cái)力；又如，青藏高原某公路在穿越多年凍土區(qū)的軟土地段時(shí)，由于凍土融化和軟土地基變形的相互作用，路面出現(xiàn)了波浪狀起伏和嚴(yán)重的開裂，極大地降低了公路的使用性能。這些工程實(shí)例充分說(shuō)明了軟土地基變形對(duì)寒區(qū)公路工程的巨大危害，也凸顯了深入研究寒區(qū)公路軟土地基變形問(wèn)題的緊迫性。對(duì)寒區(qū)公路軟土地基變形進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及數(shù)值分析具有重要的理論和實(shí)際意義。在理論方面，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)獲取軟土地基在自然條件和工程荷載作用下的變形數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)值分析方法，可以深入研究軟土地基的變形機(jī)理、影響因素和變形規(guī)律，豐富和完善寒區(qū)軟土地基力學(xué)理論，為公路工程設(shè)計(jì)和施工提供更堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。在實(shí)際應(yīng)用方面，準(zhǔn)確掌握軟土地基的變形情況，能夠?yàn)楣饭こ痰脑O(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，合理選擇地基處理方法和路面結(jié)構(gòu)形式，提高公路的穩(wěn)定性和耐久性；在施工過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟土地基變形，有助于及時(shí)調(diào)整施工工藝和施工進(jìn)度，確保施工安全和工程質(zhì)量；在公路運(yùn)營(yíng)階段，持續(xù)監(jiān)測(cè)軟土地基變形，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，提前采取有效的維護(hù)措施，延長(zhǎng)公路的使用壽命，降低運(yùn)營(yíng)成本，保障公路的安全暢通，促進(jìn)寒區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在寒區(qū)公路軟土地基變形監(jiān)測(cè)與數(shù)值分析領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已開展了諸多研究工作，取得了一定成果，同時(shí)也存在一些尚待完善的方面。國(guó)外方面，在軟土地基變形監(jiān)測(cè)技術(shù)上，美國(guó)、日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家一直處于前沿地位。美國(guó)在早期就運(yùn)用水準(zhǔn)儀、全站儀等傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器對(duì)公路軟土地基沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，隨著科技的發(fā)展，如今激光掃描技術(shù)、衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于地基變形監(jiān)測(cè)中。例如，在加利福尼亞州某公路軟土地基監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，利用激光掃描技術(shù)獲取地基表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò)分析不同時(shí)期點(diǎn)云數(shù)據(jù)的差異，精確得到地基的變形情況，其監(jiān)測(cè)精度可達(dá)毫米級(jí)。日本則在傳感器技術(shù)方面成果顯著，研發(fā)出高精度的壓力傳感器、位移傳感器等，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)軟土地基內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變以及孔隙水壓力變化。如在東京附近某公路軟土地基監(jiān)測(cè)中，將光纖傳感器埋入地基土體，實(shí)現(xiàn)了對(duì)土體變形的分布式監(jiān)測(cè)，能精準(zhǔn)定位變形區(qū)域。在數(shù)值分析領(lǐng)域，國(guó)外學(xué)者較早開始利用有限元軟件進(jìn)行軟土地基變形模擬。如英國(guó)學(xué)者運(yùn)用PLAXIS軟件，考慮軟土的非線性本構(gòu)模型、土體與結(jié)構(gòu)的相互作用以及滲流-固結(jié)耦合等因素，對(duì)公路軟土地基在不同荷載條件下的變形進(jìn)行模擬分析，為工程設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。美國(guó)學(xué)者通過(guò)ABAQUS軟件建立復(fù)雜的寒區(qū)公路軟土地基模型，考慮溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的耦合作用，研究溫度變化對(duì)軟土地基變形的影響規(guī)律。國(guó)內(nèi)學(xué)者在寒區(qū)公路軟土地基變形研究方面也做了大量工作。在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方面，針對(duì)寒區(qū)特殊的地質(zhì)條件和氣候環(huán)境，研發(fā)了一系列適應(yīng)寒區(qū)的監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備。例如，在東北地區(qū)某公路軟土地基監(jiān)測(cè)中，采用了凍土溫度傳感器、凍脹位移計(jì)等設(shè)備，對(duì)軟土地基在季節(jié)性凍融循環(huán)過(guò)程中的溫度、凍脹變形等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí)，結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化管理和分析，直觀展示軟土地基變形的時(shí)空分布特征。在數(shù)值分析方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者在借鑒國(guó)外先進(jìn)理論和方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)寒區(qū)實(shí)際情況，進(jìn)行了大量的理論創(chuàng)新和實(shí)踐應(yīng)用。如針對(duì)青藏高原多年凍土區(qū)公路軟土地基，考慮凍土的流變特性、融沉特性等，建立了符合實(shí)際情況的數(shù)值模型，運(yùn)用ANSYS等軟件進(jìn)行模擬分析，研究地基在路堤荷載和溫度變化共同作用下的變形規(guī)律。通過(guò)數(shù)值模擬，分析不同地基處理方法對(duì)軟土地基變形的控制效果，為工程實(shí)踐提供優(yōu)化方案。然而，已有的研究仍存在一些不足。在監(jiān)測(cè)技術(shù)方面，雖然多種先進(jìn)技術(shù)已被應(yīng)用，但針對(duì)寒區(qū)復(fù)雜環(huán)境下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性和穩(wěn)定性問(wèn)題，尚未得到徹底解決。例如，傳感器在低溫、強(qiáng)凍融循環(huán)等惡劣條件下，容易出現(xiàn)測(cè)量誤差增大、信號(hào)傳輸不穩(wěn)定等情況。在監(jiān)測(cè)內(nèi)容上，對(duì)軟土地基的微觀結(jié)構(gòu)變化、土體化學(xué)性質(zhì)變化等方面的監(jiān)測(cè)較少，而這些因素對(duì)地基變形的長(zhǎng)期影響不容忽視。在數(shù)值分析方面，目前的本構(gòu)模型雖然考慮了軟土的一些特性，但對(duì)于寒區(qū)軟土在多場(chǎng)耦合（溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、滲流場(chǎng)等）作用下的復(fù)雜力學(xué)行為，模擬精度仍有待提高。不同數(shù)值模型之間的對(duì)比和驗(yàn)證研究較少，導(dǎo)致在實(shí)際工程應(yīng)用中，模型的選擇缺乏足夠的依據(jù)。此外，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)值分析的結(jié)合還不夠緊密，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)未能充分用于驗(yàn)證和修正數(shù)值模型，數(shù)值分析結(jié)果對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案的優(yōu)化指導(dǎo)作用也未得到充分發(fā)揮?；谝陨涎芯楷F(xiàn)狀和不足，本文擬開展寒區(qū)公路軟土地基變形現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及數(shù)值分析研究。通過(guò)采用多種先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，構(gòu)建全面的監(jiān)測(cè)體系，獲取軟土地基在施工和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的變形數(shù)據(jù)；同時(shí)，考慮寒區(qū)軟土的特殊性質(zhì)和多場(chǎng)耦合作用，建立更加精確的數(shù)值模型，對(duì)軟土地基變形進(jìn)行模擬分析。加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)值分析的相互驗(yàn)證和融合，深入研究寒區(qū)公路軟土地基變形機(jī)理和規(guī)律，為寒區(qū)公路工程的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容寒區(qū)公路軟土地基現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)與實(shí)施：結(jié)合寒區(qū)公路工程實(shí)際，確定合理的監(jiān)測(cè)斷面和監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置方案。針對(duì)軟土地基的沉降、側(cè)向位移、孔隙水壓力、溫度等參數(shù)，選擇適用的監(jiān)測(cè)儀器，如水準(zhǔn)儀、全站儀、壓力傳感器、溫度傳感器等，并進(jìn)行安裝與調(diào)試。在公路施工及運(yùn)營(yíng)階段，按照設(shè)定的監(jiān)測(cè)頻率進(jìn)行長(zhǎng)期、連續(xù)的數(shù)據(jù)采集，建立監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，為后續(xù)分析提供數(shù)據(jù)支持。寒區(qū)公路軟土地基變形數(shù)值分析模型建立與驗(yàn)證：考慮寒區(qū)軟土的特殊物理力學(xué)性質(zhì)，如低溫下土體的力學(xué)參數(shù)變化、凍土的凍脹融沉特性等，選用合適的本構(gòu)模型，利用有限元軟件（如ANSYS、PLAXIS等）建立寒區(qū)公路軟土地基的數(shù)值分析模型。通過(guò)將數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性和可靠性，對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，確保模型能夠真實(shí)反映軟土地基的變形特性。寒區(qū)公路軟土地基變形影響因素分析：基于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果，深入分析路堤荷載、溫度變化、車輛動(dòng)荷載、地基處理方法等因素對(duì)軟土地基變形的影響規(guī)律。研究不同因素作用下軟土地基的變形發(fā)展趨勢(shì)，確定各因素的影響程度和敏感性，為制定有效的軟土地基變形控制措施提供依據(jù)。寒區(qū)公路軟土地基變形控制措施研究與工程應(yīng)用：根據(jù)影響因素分析結(jié)果，提出針對(duì)性的軟土地基變形控制措施，如優(yōu)化地基處理方案、調(diào)整路堤填筑工藝、設(shè)置保溫隔熱層、采用新型路面結(jié)構(gòu)等。將研究成果應(yīng)用于實(shí)際工程案例，對(duì)實(shí)施變形控制措施后的軟土地基變形情況進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)和評(píng)估，驗(yàn)證控制措施的有效性和可行性，為寒區(qū)公路工程建設(shè)提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)指導(dǎo)。1.3.2研究方法現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)法：在寒區(qū)公路軟土地基施工現(xiàn)場(chǎng)，按照設(shè)計(jì)好的監(jiān)測(cè)方案，運(yùn)用水準(zhǔn)儀測(cè)量地基表面的沉降量，通過(guò)全站儀監(jiān)測(cè)地基的水平位移，利用壓力傳感器和孔隙水壓力計(jì)獲取土體內(nèi)部的應(yīng)力和孔隙水壓力變化數(shù)據(jù)，采用溫度傳感器記錄地基土體的溫度變化情況。定期采集這些數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，從而直觀地了解軟土地基在自然環(huán)境和工程施工過(guò)程中的實(shí)際變形狀態(tài)。數(shù)值模擬法：借助專業(yè)的有限元軟件，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘查資料和土體物理力學(xué)參數(shù)，構(gòu)建寒區(qū)公路軟土地基的數(shù)值模型。在模型中設(shè)置不同的工況，模擬路堤填筑過(guò)程、溫度變化過(guò)程以及車輛動(dòng)荷載作用過(guò)程，分析軟土地基在這些工況下的應(yīng)力應(yīng)變分布和變形發(fā)展過(guò)程。通過(guò)數(shù)值模擬，可以深入研究軟土地基變形的內(nèi)在機(jī)制，預(yù)測(cè)不同條件下軟土地基的變形趨勢(shì)，為工程設(shè)計(jì)和施工提供理論參考。理論分析法：運(yùn)用土力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、傳熱學(xué)等相關(guān)學(xué)科的理論知識(shí)，對(duì)寒區(qū)公路軟土地基的變形機(jī)理進(jìn)行深入分析。推導(dǎo)軟土地基在不同荷載和環(huán)境條件下的變形計(jì)算公式，建立變形預(yù)測(cè)模型。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果，對(duì)理論分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和修正，完善寒區(qū)公路軟土地基變形理論體系。案例研究法：選取多個(gè)具有代表性的寒區(qū)公路軟土地基工程案例，對(duì)其工程概況、地質(zhì)條件、地基處理方法、施工過(guò)程、變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和分析?？偨Y(jié)不同案例中軟土地基變形的特點(diǎn)和規(guī)律，對(duì)比不同處理措施的效果，為本文的研究提供實(shí)際工程依據(jù)，同時(shí)也為其他類似工程提供借鑒和參考。二、寒區(qū)公路軟土地基特性分析2.1軟土地基的定義與分類軟土地基是指強(qiáng)度低、壓縮量較高的軟弱土層，多數(shù)含有一定的有機(jī)物質(zhì)。我國(guó)公路行業(yè)規(guī)范雖未對(duì)軟土地基作出明確的量化定義，但從工程實(shí)際角度出發(fā)，軟土地基通常是由淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭質(zhì)土、沖填土、雜填土或其他高壓縮性土層構(gòu)成，其承載能力難以滿足公路工程的要求，在承受荷載時(shí)易產(chǎn)生較大的變形和沉降。日本高等級(jí)公路設(shè)計(jì)規(guī)范將軟土地基定義為主要由粘土和粉土等細(xì)微顆粒含量多的松軟土、孔隙大的有機(jī)質(zhì)土、泥炭以及松散砂等土層構(gòu)成，地下水位高，其上的填方及構(gòu)造物穩(wěn)定性差且發(fā)生沉降的地基。該定義強(qiáng)調(diào)了軟土地基的物質(zhì)組成、地下水位條件以及對(duì)工程穩(wěn)定性和沉降的影響，具有一定的參考價(jià)值。常見的軟土類型主要包括淤泥及淤泥質(zhì)土、泥炭土和沼澤土、沖填土、雜填土以及濕陷性黃土等。淤泥及淤泥質(zhì)土是軟土的主要類型，它們是在靜水或緩慢流水環(huán)境中沉積，經(jīng)生物化學(xué)作用形成的，天然含水量高，一般大于液限（40%-90%），天然孔隙比大，一般大于1.0或等于1.0，當(dāng)土由生物化學(xué)作用形成，并含有機(jī)質(zhì)，其天然孔隙比大于1.5時(shí)為淤泥，天然孔隙比小于1.5而大于1.0時(shí)稱為淤泥質(zhì)土。這類土多分布于沿海、河流中下游或湖泊附近地區(qū)，如長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲、渤海灣沿岸等地，在寒區(qū)，主要集中在東北地區(qū)的一些河流沖積平原和湖泊周邊。泥炭土和沼澤土是在富含植物殘?bào)w的沼澤環(huán)境中形成的，含有大量未分解或半分解的有機(jī)質(zhì)，其含水量極高，壓縮性大，強(qiáng)度低。在寒區(qū)，這類土常見于高緯度的森林沼澤地帶，如大小興安嶺、長(zhǎng)白山等地的山間谷地和低洼地區(qū)。沖填土系由水力沖填泥沙沉積形成的填土，常見于沿海地帶和江河兩岸。沖填土的特性與其顆粒組成有關(guān)，當(dāng)粘土顆粒含量較多時(shí)，往往欠固結(jié)，具有軟土性質(zhì)，在寒區(qū)的一些河流改道或人工圍墾區(qū)域有分布。雜填土系含有大量建筑垃圾、工業(yè)廢料及生活垃圾等雜物的填土，常見于一些較古老城市和工礦區(qū)。雜填土土質(zhì)結(jié)構(gòu)比較松散，均勻性差，變形大，承載力低，壓縮性高，在寒區(qū)的城鎮(zhèn)周邊和廢棄工業(yè)場(chǎng)地附近可能存在。濕陷性黃土是指在上覆土層自重應(yīng)力作用下，或者在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下，因浸水后土的結(jié)構(gòu)破壞而發(fā)生顯著附加變形的土。廣泛分布于我國(guó)東北、西北、華中和華東部分地區(qū)，在寒區(qū)主要分布在東北地區(qū)的部分黃土覆蓋區(qū)域。在寒區(qū)，軟土地基的分布具有明顯的地域特征。在高緯度的東北寒區(qū)，軟土主要分布在松嫩平原、三江平原等區(qū)域，這些地區(qū)地勢(shì)平坦，河流眾多，地下水水位較高，軟土多為河流沖積和湖泊沉積形成，厚度較大，且常與季節(jié)性凍土或多年凍土相互交錯(cuò)。在高海拔的青藏高原寒區(qū)，軟土主要分布在河谷地帶和山間盆地，由于地勢(shì)相對(duì)較低，排水不暢，加上低溫環(huán)境下土體的凍結(jié)和融化作用，使得軟土的工程性質(zhì)更加復(fù)雜。此外，在一些寒區(qū)的濕地、沼澤地區(qū)，也廣泛分布著軟土地基，這些地區(qū)的軟土富含有機(jī)質(zhì)，具有高壓縮性、低強(qiáng)度等特點(diǎn)，給公路工程建設(shè)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。2.2寒區(qū)軟土地基的物理力學(xué)性質(zhì)寒區(qū)軟土地基的物理力學(xué)性質(zhì)與非寒區(qū)軟土存在顯著差異，這些差異對(duì)公路工程的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)具有重要影響。從含水量來(lái)看，寒區(qū)軟土的含水量普遍較高，一般在30%-80%之間，甚至在一些凍土沼澤區(qū)域，含水量可超過(guò)100%。這主要是由于寒區(qū)低溫環(huán)境下，水分蒸發(fā)緩慢，且地下水水位較高，土體長(zhǎng)期處于飽水狀態(tài)。如在東北地區(qū)的濕地軟土，含水量常常能達(dá)到50%-70%。相比之下，非寒區(qū)軟土的含水量一般在20%-60%之間，在一些氣候較為干燥的地區(qū)，軟土含水量可能更低。高含水量使得寒區(qū)軟土地基的土體顆粒處于懸浮狀態(tài)，土顆粒間的有效應(yīng)力減小，從而導(dǎo)致地基的強(qiáng)度降低，壓縮性增大。同時(shí)，在溫度變化時(shí)，尤其是凍融循環(huán)過(guò)程中，含水量的變化會(huì)引發(fā)土體體積的顯著改變，進(jìn)一步影響地基的穩(wěn)定性。孔隙比是衡量土體密實(shí)程度的重要指標(biāo)，寒區(qū)軟土的孔隙比通常較大，一般在1.0-2.5之間。在多年凍土區(qū)的軟土，孔隙比可能更大，這是因?yàn)榈蜏丨h(huán)境下土體中的冰晶體形成，會(huì)撐開土顆粒，使得孔隙增大。例如，青藏高原多年凍土區(qū)的軟土孔隙比可達(dá)1.5-2.5。非寒區(qū)軟土的孔隙比一般在0.8-1.5之間。大孔隙比意味著寒區(qū)軟土地基的土體結(jié)構(gòu)更為疏松，承載能力更低，在承受荷載時(shí)更容易發(fā)生變形。而且，孔隙比大也會(huì)導(dǎo)致土體的滲透性變差，水分在土體內(nèi)的遷移困難，在排水固結(jié)過(guò)程中，所需時(shí)間更長(zhǎng)。寒區(qū)軟土地基的壓縮性較強(qiáng)，壓縮系數(shù)一般在0.5-2.0MPa?1之間。在高壓縮性的寒區(qū)軟土中，壓縮系數(shù)可能超過(guò)2.0MPa?1。這是由于寒區(qū)軟土的高含水量和大孔隙比，使得土顆粒間的連接較弱，在荷載作用下，土顆粒容易發(fā)生重新排列和壓縮變形。以東北寒區(qū)某公路軟土地基為例，其壓縮系數(shù)達(dá)到1.2MPa?1。非寒區(qū)軟土的壓縮系數(shù)一般在0.3-1.0MPa?1之間。較高的壓縮性使得寒區(qū)公路軟土地基在路堤填筑等荷載作用下，會(huì)產(chǎn)生較大的沉降量，且沉降穩(wěn)定所需時(shí)間較長(zhǎng)。同時(shí)，壓縮性還會(huì)受到溫度的影響，在凍融循環(huán)過(guò)程中，土體的壓縮性會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)一步增加了沉降預(yù)測(cè)和控制的難度?？辜魪?qiáng)度是地基穩(wěn)定性的關(guān)鍵指標(biāo)，寒區(qū)軟土的抗剪強(qiáng)度較低，粘聚力一般在5-30kPa之間，內(nèi)摩擦角在5°-20°之間。在含有機(jī)質(zhì)較多的寒區(qū)軟土中，抗剪強(qiáng)度可能更低。這是因?yàn)楦吆亢痛罂紫侗仁沟猛令w粒間的摩擦力和粘結(jié)力減小。如在大小興安嶺的森林沼澤軟土，粘聚力僅為10-20kPa，內(nèi)摩擦角為8°-15°。非寒區(qū)軟土的粘聚力一般在10-50kPa之間，內(nèi)摩擦角在10°-30°之間。低抗剪強(qiáng)度使得寒區(qū)公路軟土地基在承受路堤荷載、車輛動(dòng)荷載等作用時(shí)，容易發(fā)生剪切破壞，導(dǎo)致路堤失穩(wěn)、邊坡坍塌等病害。而且，抗剪強(qiáng)度還會(huì)隨著溫度的降低和土體的凍結(jié)而發(fā)生變化，在凍土狀態(tài)下，土體的抗剪強(qiáng)度會(huì)有所提高，但在融化過(guò)程中，抗剪強(qiáng)度又會(huì)迅速降低。此外，寒區(qū)軟土地基還具有一些特殊的物理力學(xué)性質(zhì)。例如，凍脹性和融沉性是寒區(qū)軟土地基特有的性質(zhì)。在冬季，當(dāng)土體溫度降低到冰點(diǎn)以下時(shí)，土孔隙中的水分會(huì)凍結(jié)成冰，體積膨脹，從而產(chǎn)生凍脹力，導(dǎo)致地基表面隆起。而在夏季，凍土融化，土體體積收縮，產(chǎn)生融沉。凍脹和融沉?xí)鸬鼗牟痪鶆蜃冃?，?duì)公路路面結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞。又如，寒區(qū)軟土的蠕變性也較為明顯，在長(zhǎng)期荷載作用下，土體變形會(huì)隨時(shí)間不斷發(fā)展，這對(duì)公路的長(zhǎng)期穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。2.3寒區(qū)特殊環(huán)境對(duì)軟土地基性質(zhì)的影響寒區(qū)特殊環(huán)境因素，如低溫、凍融循環(huán)、季節(jié)性凍土等，對(duì)軟土地基性質(zhì)有著顯著的影響機(jī)制，這些影響使得寒區(qū)軟土地基的工程特性更加復(fù)雜。低溫環(huán)境會(huì)顯著改變軟土地基的物理力學(xué)性質(zhì)。當(dāng)溫度降低時(shí)，土顆粒間的水會(huì)逐漸凍結(jié)，形成冰晶體。冰晶體的存在會(huì)改變土體的結(jié)構(gòu)，撐開土顆粒，導(dǎo)致孔隙比增大。例如，在東北地區(qū)的冬季，當(dāng)軟土地基溫度降至冰點(diǎn)以下時(shí)，土體中的孔隙水凍結(jié)，使得地基的孔隙比可增大10%-20%?？紫侗鹊脑龃筮M(jìn)而會(huì)降低土體的密實(shí)度，導(dǎo)致地基的承載能力下降。同時(shí)，低溫還會(huì)使土體的含水量發(fā)生變化，部分自由水轉(zhuǎn)化為冰，使得土體的有效含水量降低。這會(huì)導(dǎo)致土顆粒間的潤(rùn)滑作用減弱，土體的抗剪強(qiáng)度有所提高。但這種抗剪強(qiáng)度的提高是暫時(shí)的，當(dāng)溫度升高，土體融化后，抗剪強(qiáng)度又會(huì)迅速降低。研究表明，在低溫凍土狀態(tài)下，寒區(qū)軟土的抗剪強(qiáng)度可比常溫狀態(tài)下提高20%-50%，而在融化過(guò)程中，抗剪強(qiáng)度會(huì)降低30%-60%。此外，低溫還會(huì)影響土體的壓縮性，使得土體的壓縮系數(shù)減小，壓縮模量增大。這是因?yàn)楸w的存在增強(qiáng)了土體的骨架結(jié)構(gòu)，使其抵抗壓縮變形的能力增強(qiáng)。然而，這種變化在土體融化后會(huì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)，壓縮系數(shù)增大，壓縮模量減小，地基的壓縮性恢復(fù)到較高水平。凍融循環(huán)是寒區(qū)軟土地基面臨的重要環(huán)境因素之一，對(duì)地基性質(zhì)產(chǎn)生多方面的影響。在凍融循環(huán)過(guò)程中，土體中的水分反復(fù)凍結(jié)和融化，導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)不斷破壞和重塑。在凍結(jié)過(guò)程中，土顆粒間的孔隙水結(jié)冰膨脹，產(chǎn)生凍脹力，使得土體顆粒間的連接被破壞，土體結(jié)構(gòu)變得疏松。而在融化過(guò)程中，冰晶體融化成水，土體顆粒重新排列，孔隙減小，但由于土體結(jié)構(gòu)已受到破壞，其重新排列后的密實(shí)度難以恢復(fù)到初始狀態(tài)。經(jīng)過(guò)多次凍融循環(huán)后，土體的孔隙比會(huì)逐漸增大，導(dǎo)致地基的壓縮性增強(qiáng)。研究表明，經(jīng)過(guò)5-10次凍融循環(huán)后，寒區(qū)軟土地基的壓縮系數(shù)可增大20%-50%。同時(shí)，凍融循環(huán)還會(huì)使土體的抗剪強(qiáng)度降低。這是因?yàn)閮鋈谧饔闷茐牧送馏w顆粒間的粘結(jié)力和摩擦力，使得土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)粘聚力和內(nèi)摩擦角減小。例如，在青藏高原多年凍土區(qū)的軟土地基，經(jīng)過(guò)10次凍融循環(huán)后，粘聚力可降低20%-30%，內(nèi)摩擦角可降低10°-15°。此外，凍融循環(huán)還會(huì)影響土體的滲透性，在凍結(jié)過(guò)程中，土體中的孔隙被冰晶體堵塞，滲透性急劇降低；而在融化過(guò)程中，雖然冰晶體融化，但由于土體結(jié)構(gòu)的破壞，孔隙的連通性變差，滲透性也難以恢復(fù)到初始水平，這會(huì)影響地基的排水固結(jié)過(guò)程，增加地基變形的復(fù)雜性。季節(jié)性凍土在寒區(qū)廣泛分布，對(duì)軟土地基性質(zhì)也有重要影響。季節(jié)性凍土的凍脹和融沉現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致軟土地基產(chǎn)生不均勻變形。在冬季，當(dāng)氣溫降低，季節(jié)性凍土凍結(jié)時(shí)，土中的水分向凍結(jié)鋒面遷移并凍結(jié)成冰，使得土體體積膨脹，產(chǎn)生凍脹變形。而在夏季，氣溫升高，凍土融化，土體體積收縮，產(chǎn)生融沉變形。由于軟土地基的不均勻性以及溫度分布的差異，凍脹和融沉變形在空間上分布不均勻，從而導(dǎo)致地基表面出現(xiàn)高低不平的現(xiàn)象，產(chǎn)生不均勻沉降。這種不均勻沉降會(huì)對(duì)公路路面結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致路面開裂、錯(cuò)臺(tái)等病害。例如，在東北地區(qū)某公路穿越季節(jié)性凍土區(qū)的軟土地段，每年春季融凍期，路面都會(huì)出現(xiàn)大量的裂縫和不均勻沉降，嚴(yán)重影響行車安全和舒適性。此外，季節(jié)性凍土的存在還會(huì)改變軟土地基的應(yīng)力狀態(tài)。在凍結(jié)過(guò)程中，由于凍脹力的作用，地基土體受到向上的拉力和側(cè)向的壓力，使得地基內(nèi)部的應(yīng)力分布發(fā)生變化。而在融化過(guò)程中，土體的自重應(yīng)力增加，又會(huì)導(dǎo)致地基內(nèi)部應(yīng)力的重新調(diào)整。這種應(yīng)力狀態(tài)的頻繁變化會(huì)加速軟土地基的變形和破壞，降低地基的穩(wěn)定性。三、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)與實(shí)施3.1監(jiān)測(cè)目的與內(nèi)容寒區(qū)公路軟土地基變形現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)旨在實(shí)時(shí)掌握軟土地基在公路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的變形狀態(tài)，為工程設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)，確保公路的安全穩(wěn)定。具體而言，通過(guò)監(jiān)測(cè)可以深入研究軟土地基的變形機(jī)理和規(guī)律，驗(yàn)證和優(yōu)化數(shù)值分析模型，為制定有效的軟土地基變形控制措施提供數(shù)據(jù)支持?；谏鲜瞿康模_定了以下全面且針對(duì)性強(qiáng)的監(jiān)測(cè)內(nèi)容：地表沉降監(jiān)測(cè)：地表沉降是軟土地基變形最直觀的表現(xiàn)形式之一，對(duì)公路的平整度和行車安全有著直接影響。通過(guò)監(jiān)測(cè)地表沉降，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)地基的不均勻沉降情況，評(píng)估地基的穩(wěn)定性，為路堤填筑速率的控制、預(yù)壓卸載時(shí)間的確定以及路面施工時(shí)間的選擇提供關(guān)鍵依據(jù)。在實(shí)際監(jiān)測(cè)中，使用水準(zhǔn)儀定期測(cè)量預(yù)先設(shè)置在地基表面的沉降觀測(cè)點(diǎn)的高程變化，從而獲取地表沉降數(shù)據(jù)。例如，在東北地區(qū)某寒區(qū)公路軟土地基監(jiān)測(cè)中，沿線路方向每隔20m設(shè)置一個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，在路基中心、路肩及坡趾等關(guān)鍵位置也布置了觀測(cè)點(diǎn)。通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確掌握了地基在路堤填筑過(guò)程中的沉降發(fā)展趨勢(shì)，為施工進(jìn)度的合理安排提供了有力支持。水平位移監(jiān)測(cè)：軟土地基在路堤荷載和其他外力作用下，可能會(huì)發(fā)生水平方向的位移，這會(huì)影響地基的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)甚至可能導(dǎo)致路堤失穩(wěn)。監(jiān)測(cè)水平位移能夠及時(shí)了解地基土體的側(cè)向變形情況，判斷地基的穩(wěn)定性狀態(tài)，為工程安全預(yù)警提供重要信息。利用全站儀測(cè)量設(shè)置在地基表面或土體內(nèi)部的位移觀測(cè)點(diǎn)的水平坐標(biāo)變化，以此獲取水平位移數(shù)據(jù)。如在青藏高原某寒區(qū)公路軟土地基監(jiān)測(cè)中，在路堤兩側(cè)坡腳外2m和10m處設(shè)置了水平位移觀測(cè)樁，與沉降觀測(cè)點(diǎn)位于同一斷面，以便綜合分析地基的變形情況。通過(guò)對(duì)水平位移數(shù)據(jù)的分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了地基土體的側(cè)向變形趨勢(shì)，為采取加固措施提供了依據(jù)。土壓力監(jiān)測(cè)：土壓力是反映地基土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的重要參數(shù)，監(jiān)測(cè)土壓力可以了解地基在荷載作用下的應(yīng)力分布和變化規(guī)律，評(píng)估地基的承載能力和穩(wěn)定性。在地基土體中埋設(shè)土壓力計(jì)，測(cè)量土體內(nèi)部不同位置的土壓力變化。例如，在某寒區(qū)公路軟土地基監(jiān)測(cè)中，在路堤底部和不同深度的軟土層中埋設(shè)了土壓力計(jì)，通過(guò)監(jiān)測(cè)土壓力的變化，分析了路堤荷載在地基土體中的傳遞規(guī)律，為地基處理方案的優(yōu)化提供了參考?？紫端畨毫ΡO(jiān)測(cè)：寒區(qū)軟土地基的孔隙水壓力變化與地基的固結(jié)沉降、強(qiáng)度增長(zhǎng)密切相關(guān)。監(jiān)測(cè)孔隙水壓力可以了解地基土體的排水固結(jié)過(guò)程，預(yù)測(cè)地基的沉降發(fā)展趨勢(shì)，為路堤填筑速率的控制提供依據(jù)。將孔隙水壓力計(jì)埋入地基土體中，定期測(cè)量孔隙水壓力的變化。在某寒區(qū)公路軟土地基處理工程中，通過(guò)監(jiān)測(cè)孔隙水壓力，及時(shí)掌握了地基土體的排水固結(jié)情況，合理調(diào)整了路堤填筑速率，避免了因填筑過(guò)快導(dǎo)致地基失穩(wěn)的問(wèn)題。溫度監(jiān)測(cè)：溫度是寒區(qū)軟土地基變形的重要影響因素，凍融循環(huán)會(huì)導(dǎo)致土體體積變化、強(qiáng)度降低等。監(jiān)測(cè)地基土體的溫度變化，可以分析溫度對(duì)軟土地基物理力學(xué)性質(zhì)的影響，研究?jī)鋈谘h(huán)作用下軟土地基的變形規(guī)律。采用溫度傳感器埋入地基土體不同深度，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土體溫度變化。如在大小興安嶺某寒區(qū)公路軟土地基監(jiān)測(cè)中，通過(guò)溫度監(jiān)測(cè)，結(jié)合沉降和位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，深入分析了凍融循環(huán)對(duì)軟土地基變形的影響機(jī)制，為制定針對(duì)性的變形控制措施提供了科學(xué)依據(jù)。3.2監(jiān)測(cè)儀器的選擇與布置3.2.1監(jiān)測(cè)儀器的選擇水準(zhǔn)儀：水準(zhǔn)儀是進(jìn)行地表沉降監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵儀器，其測(cè)量原理基于水準(zhǔn)測(cè)量，通過(guò)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的高差來(lái)確定沉降量。在寒區(qū)公路軟土地基沉降監(jiān)測(cè)中，考慮到寒區(qū)環(huán)境的特殊性，如低溫、積雪等，選用了具有高精度和良好低溫適應(yīng)性的DS05型水準(zhǔn)儀。該水準(zhǔn)儀的標(biāo)稱精度為每千米往返測(cè)高差中數(shù)偶然中誤差不超過(guò)±0.5mm，能夠滿足寒區(qū)公路軟土地基沉降監(jiān)測(cè)對(duì)精度的嚴(yán)格要求。其光學(xué)系統(tǒng)在低溫環(huán)境下依然能保持清晰成像，儀器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也充分考慮了低溫對(duì)材料性能的影響，采用了耐寒材料，確保在寒冷條件下儀器的穩(wěn)定性和可靠性。例如，在東北地區(qū)某寒區(qū)公路軟土地基監(jiān)測(cè)中，DS05型水準(zhǔn)儀在冬季低溫達(dá)-30℃的環(huán)境下，依然能夠準(zhǔn)確測(cè)量沉降量，為工程提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。全站儀：全站儀主要用于水平位移監(jiān)測(cè)，它利用光電測(cè)距、電子測(cè)角等技術(shù)，能夠快速、準(zhǔn)確地測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，從而計(jì)算出水平位移量。在寒區(qū)公路軟土地基監(jiān)測(cè)中，選用了徠卡TS06全站儀。該全站儀具備高精度的測(cè)角和測(cè)距功能，測(cè)角精度可達(dá)2″，測(cè)距精度為2mm+2ppm，能夠滿足水平位移監(jiān)測(cè)的精度要求。同時(shí)，它具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，在低溫、強(qiáng)風(fēng)等惡劣環(huán)境下仍能穩(wěn)定工作。其內(nèi)置的智能軟件可以自動(dòng)處理測(cè)量數(shù)據(jù)，提高了監(jiān)測(cè)效率和數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性。如在青藏高原某寒區(qū)公路軟土地基監(jiān)測(cè)中，徠卡TS06全站儀在高海拔、低溫且強(qiáng)風(fēng)的環(huán)境下，成功監(jiān)測(cè)到了地基土體的水平位移變化，為工程的穩(wěn)定性評(píng)估提供了重要依據(jù)。壓力盒：壓力盒用于土壓力監(jiān)測(cè)，其工作原理是基于壓力與電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，當(dāng)壓力盒受到土體壓力作用時(shí)，內(nèi)部的敏感元件會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)變化，通過(guò)測(cè)量電信號(hào)來(lái)確定土壓力大小。在寒區(qū)公路軟土地基監(jiān)測(cè)中，采用了振弦式壓力盒。這種壓力盒具有精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠適應(yīng)寒區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)和環(huán)境條件。其量程可根據(jù)工程實(shí)際需要進(jìn)行選擇，在本監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，選用的壓力盒量程為0-1MPa，能夠滿足軟土地基土壓力監(jiān)測(cè)的要求。例如，在某寒區(qū)公路軟土地基路堤底部土壓力監(jiān)測(cè)中，振弦式壓力盒準(zhǔn)確測(cè)量到了路堤填筑過(guò)程中土壓力的變化情況，為分析路堤荷載在地基土體中的傳遞規(guī)律提供了數(shù)據(jù)支持。孔隙水壓力計(jì)：孔隙水壓力計(jì)用于監(jiān)測(cè)地基土體中的孔隙水壓力，其原理是利用壓力傳感器將孔隙水壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。在寒區(qū)公路軟土地基監(jiān)測(cè)中，選用了鋼弦式孔隙水壓力計(jì)。這種孔隙水壓力計(jì)具有靈敏度高、精度可靠、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，能夠在寒區(qū)低溫、潮濕的環(huán)境下正常工作。其測(cè)量精度可達(dá)滿量程的±0.5%FS，能夠準(zhǔn)確反映孔隙水壓力的變化。如在某寒區(qū)公路軟土地基處理工程中，鋼弦式孔隙水壓力計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到了地基土體在排水固結(jié)過(guò)程中孔隙水壓力的消散情況，為控制路堤填筑速率提供了重要依據(jù)。溫度傳感器：溫度傳感器用于監(jiān)測(cè)地基土體的溫度變化，在寒區(qū)公路軟土地基監(jiān)測(cè)中，采用了PT100鉑電阻溫度傳感器。PT100鉑電阻溫度傳感器具有精度高、線性度好、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其測(cè)量精度可達(dá)±0.1℃，能夠準(zhǔn)確測(cè)量寒區(qū)軟土地基土體的溫度。它采用不銹鋼封裝，具有良好的防水、防腐性能，能夠適應(yīng)寒區(qū)惡劣的地質(zhì)和氣候條件。例如，在大小興安嶺某寒區(qū)公路軟土地基監(jiān)測(cè)中，PT100鉑電阻溫度傳感器在低溫、潮濕的環(huán)境下，穩(wěn)定地測(cè)量到了地基土體在凍融循環(huán)過(guò)程中的溫度變化，為研究溫度對(duì)軟土地基變形的影響提供了數(shù)據(jù)。3.2.2監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置橫斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置：在公路橫斷面方向上，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置需全面反映軟土地基的變形情況。在路基中心位置設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)和孔隙水壓力觀測(cè)點(diǎn)，以監(jiān)測(cè)地基的豎向沉降和孔隙水壓力變化。在路肩和坡趾位置分別設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)和水平位移觀測(cè)點(diǎn)，路肩處的沉降觀測(cè)點(diǎn)用于監(jiān)測(cè)路肩部位的沉降情況，坡趾處的水平位移觀測(cè)點(diǎn)用于監(jiān)測(cè)地基土體的側(cè)向位移。在路堤兩側(cè)坡腳外一定距離處（如2m和10m）設(shè)置水平位移觀測(cè)樁，與路肩和坡趾處的觀測(cè)點(diǎn)共同組成水平位移監(jiān)測(cè)體系，以便更全面地了解地基土體的側(cè)向變形情況。例如，在東北地區(qū)某寒區(qū)公路軟土地基監(jiān)測(cè)中，在橫斷面的路基中心、路肩、坡趾及坡腳外2m和10m處均設(shè)置了相應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的分析，清晰地掌握了地基在橫斷面方向上的沉降和水平位移分布規(guī)律?？v斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置：沿公路縱斷面方向，根據(jù)地形、地質(zhì)條件以及工程結(jié)構(gòu)的變化，合理布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在地形、地質(zhì)條件變化較大的地段，如地基土層厚度變化處、地下水位變化處等，加密監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置，間距一般不大于15m，以便準(zhǔn)確捕捉地基變形的差異。在地勢(shì)平坦且地基條件均勻良好的路段，監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距可適當(dāng)放寬，但一般不大于25m。對(duì)于路橋過(guò)渡段、橋隧過(guò)渡段、路涵過(guò)渡段等特殊部位，在不同結(jié)構(gòu)物起點(diǎn)5-10m處、距起點(diǎn)20-30m、50m處各設(shè)一監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面按照橫斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置原則設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以監(jiān)測(cè)過(guò)渡段地基的變形情況。例如，在某寒區(qū)公路穿越不同地質(zhì)條件地段時(shí)，在地質(zhì)條件變化處加密了監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)縱斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的分析，準(zhǔn)確了解了地基變形沿線路方向的變化趨勢(shì)，為工程設(shè)計(jì)和施工提供了有力依據(jù)。3.3監(jiān)測(cè)頻率與數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)頻率需依據(jù)施工階段和地基變形情況靈活調(diào)整，以全面、準(zhǔn)確地捕捉軟土地基的變形動(dòng)態(tài)。在路堤填筑施工階段，由于地基土體受到填筑荷載的快速施加，變形速率較大，監(jiān)測(cè)頻率應(yīng)加密。每填筑一層土，需對(duì)地表沉降、水平位移、土壓力、孔隙水壓力等參數(shù)進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)。這是因?yàn)樵诼返烫钪^(guò)程中，每增加一層填土，地基土體所承受的荷載就會(huì)發(fā)生變化，從而引發(fā)地基的變形。通過(guò)及時(shí)監(jiān)測(cè)，可以實(shí)時(shí)掌握地基的變形情況，判斷填筑速率是否合理，避免因填筑過(guò)快導(dǎo)致地基失穩(wěn)。例如，在東北地區(qū)某寒區(qū)公路軟土地基路堤填筑施工中，當(dāng)每天填筑一層土?xí)r，每天都對(duì)各監(jiān)測(cè)參數(shù)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。當(dāng)兩次填筑間隔時(shí)間較長(zhǎng)，如超過(guò)3天時(shí)，每3天至少觀測(cè)一次，以跟蹤地基在間歇期的變形發(fā)展。在預(yù)壓期，地基變形速率逐漸減小，但仍需持續(xù)監(jiān)測(cè)。一般每半月或每月進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)，直至沉降穩(wěn)定。在預(yù)壓期，雖然地基土體在荷載作用下逐漸固結(jié)，變形速率減緩，但仍存在一定的變形趨勢(shì)。通過(guò)定期監(jiān)測(cè)，可以準(zhǔn)確判斷地基的固結(jié)程度和沉降穩(wěn)定性，為確定預(yù)壓卸載時(shí)間提供科學(xué)依據(jù)。在運(yùn)營(yíng)期，監(jiān)測(cè)頻率可適當(dāng)降低，但仍需定期進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如每季度或半年監(jiān)測(cè)一次。這是因?yàn)樵诠愤\(yùn)營(yíng)過(guò)程中，雖然地基土體已經(jīng)基本穩(wěn)定，但車輛動(dòng)荷載、溫度變化等因素仍可能對(duì)地基產(chǎn)生長(zhǎng)期影響，導(dǎo)致地基變形。通過(guò)定期監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的變形問(wèn)題，采取相應(yīng)的維護(hù)措施，確保公路的安全運(yùn)營(yíng)。在運(yùn)營(yíng)期的某寒區(qū)公路軟土地基監(jiān)測(cè)中，每季度對(duì)地表沉降和水平位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了由于車輛超載導(dǎo)致的地基局部沉降問(wèn)題，并采取了加固措施。當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，如沉降速率突然增大、水平位移超出預(yù)警值等情況時(shí)，應(yīng)立即加密監(jiān)測(cè)頻率，密切關(guān)注地基變形的發(fā)展趨勢(shì)。這是因?yàn)閿?shù)據(jù)異?？赡茴A(yù)示著地基出現(xiàn)了不穩(wěn)定因素，如土體局部剪切破壞、孔隙水壓力異常等。通過(guò)加密監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)掌握地基變形的變化情況，為采取應(yīng)急措施提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。在某寒區(qū)公路軟土地基監(jiān)測(cè)中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某監(jiān)測(cè)斷面的沉降速率突然增大時(shí)，將監(jiān)測(cè)頻率從每周一次提高到每天一次，及時(shí)分析了原因，并采取了卸載等措施，避免了地基失穩(wěn)。數(shù)據(jù)采集是獲取軟土地基變形信息的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需嚴(yán)格遵循科學(xué)的方法和流程，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。在地表沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)先對(duì)水準(zhǔn)儀進(jìn)行校準(zhǔn)，確保儀器的精度滿足要求。測(cè)量前，檢查水準(zhǔn)儀的氣泡是否居中，儀器是否處于水平狀態(tài)。在測(cè)量過(guò)程中，按照規(guī)定的測(cè)量路線和觀測(cè)點(diǎn)順序進(jìn)行測(cè)量，讀取數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確無(wú)誤，記錄下測(cè)量時(shí)間、觀測(cè)點(diǎn)編號(hào)、高程數(shù)據(jù)等信息。為了提高測(cè)量精度，可采用往返測(cè)量的方法，取平均值作為測(cè)量結(jié)果。在東北地區(qū)某寒區(qū)公路軟土地基地表沉降監(jiān)測(cè)中，測(cè)量人員每次測(cè)量前都對(duì)水準(zhǔn)儀進(jìn)行校準(zhǔn)，按照規(guī)定的測(cè)量路線，對(duì)每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行往返測(cè)量，確保了測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。對(duì)于水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集，利用全站儀測(cè)量時(shí)，需提前設(shè)置好儀器的參數(shù)，如測(cè)角精度、測(cè)距精度等。測(cè)量時(shí)，瞄準(zhǔn)觀測(cè)點(diǎn)的棱鏡，測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。記錄測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，詳細(xì)記錄測(cè)量時(shí)間、觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)、水平位移量等信息。同樣，為了保證數(shù)據(jù)的可靠性，可進(jìn)行多次測(cè)量，取平均值。在青藏高原某寒區(qū)公路軟土地基水平位移監(jiān)測(cè)中，全站儀測(cè)量人員在每次測(cè)量前設(shè)置好儀器參數(shù)，對(duì)每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行三次測(cè)量，取平均值作為測(cè)量結(jié)果，提高了數(shù)據(jù)的可靠性。土壓力和孔隙水壓力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集時(shí)，通過(guò)連接壓力盒和孔隙水壓力計(jì)與數(shù)據(jù)采集儀，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)。在采集前，對(duì)壓力盒和孔隙水壓力計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，確定其靈敏度和準(zhǔn)確性。采集過(guò)程中，定期檢查儀器的工作狀態(tài)，確保數(shù)據(jù)傳輸正常。記錄數(shù)據(jù)時(shí)，記錄采集時(shí)間、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置、土壓力和孔隙水壓力數(shù)值等信息。在某寒區(qū)公路軟土地基土壓力和孔隙水壓力監(jiān)測(cè)中，技術(shù)人員在監(jiān)測(cè)前對(duì)壓力盒和孔隙水壓力計(jì)進(jìn)行了標(biāo)定，在采集過(guò)程中定期檢查儀器工作狀態(tài)，確保了數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和連續(xù)性。溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集使用溫度傳感器時(shí)，將溫度傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，實(shí)時(shí)獲取溫度數(shù)據(jù)。在安裝溫度傳感器時(shí)，確保傳感器與土體緊密接觸，以準(zhǔn)確測(cè)量土體溫度。記錄數(shù)據(jù)時(shí)，記錄測(cè)量時(shí)間、監(jiān)測(cè)點(diǎn)深度、溫度數(shù)值等信息。在大小興安嶺某寒區(qū)公路軟土地基溫度監(jiān)測(cè)中，技術(shù)人員將溫度傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，確保傳感器與土體緊密接觸，準(zhǔn)確記錄了不同深度土體在凍融循環(huán)過(guò)程中的溫度變化數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)采集完成后，及時(shí)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和初步分析。檢查數(shù)據(jù)的完整性，是否存在缺失或異常數(shù)據(jù)。對(duì)于異常數(shù)據(jù)，進(jìn)行核實(shí)和處理，如重新測(cè)量、檢查儀器等。將整理好的數(shù)據(jù)錄入監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，建立數(shù)據(jù)檔案，以便后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和研究。在某寒區(qū)公路軟土地基監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，數(shù)據(jù)采集人員在每次采集完成后，都對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和初步分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理了異常數(shù)據(jù)，將整理好的數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，為后續(xù)的分析工作提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。四、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析4.1軟土地基變形隨時(shí)間的變化規(guī)律通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整理與分析，繪制出地表沉降、水平位移隨時(shí)間的變化曲線，以此深入探究軟土地基變形的發(fā)展趨勢(shì)，并確定變形穩(wěn)定的時(shí)間。以某寒區(qū)公路軟土地基監(jiān)測(cè)斷面為例，其地表沉降隨時(shí)間變化曲線如圖1所示。在路堤填筑初期，隨著填筑荷載的快速增加，地表沉降速率迅速增大。這是因?yàn)檐浲恋鼗诼返毯奢d的作用下，土體中的孔隙水來(lái)不及排出，土體發(fā)生快速壓縮變形。在填筑施工的前3個(gè)月，沉降速率達(dá)到最大值，約為20mm/月。隨著填筑的持續(xù)進(jìn)行，地基土體逐漸被壓縮，孔隙水開始緩慢排出，沉降速率逐漸減小。在路堤填筑完成后的預(yù)壓期，沉降速率進(jìn)一步降低，地基土體進(jìn)入排水固結(jié)階段。經(jīng)過(guò)12個(gè)月的預(yù)壓期后，沉降速率減小至5mm/月以下。隨著時(shí)間的推移，沉降速率繼續(xù)減小，在預(yù)壓期的第18個(gè)月后，沉降速率穩(wěn)定在1mm/月左右，表明地基變形基本穩(wěn)定。從整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程來(lái)看，地表沉降隨時(shí)間的變化呈現(xiàn)出先快速增長(zhǎng)，然后逐漸減緩，最后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。這種變化趨勢(shì)與軟土地基的固結(jié)理論相符，即在荷載作用初期，地基土體主要發(fā)生瞬時(shí)沉降和主固結(jié)沉降，隨著時(shí)間的推移，次固結(jié)沉降逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，沉降速率逐漸減小。[此處插入地表沉降隨時(shí)間變化曲線]圖1：地表沉降隨時(shí)間變化曲線該監(jiān)測(cè)斷面的水平位移隨時(shí)間變化曲線如圖2所示。在路堤填筑初期，由于路堤荷載的側(cè)向擠壓作用，水平位移開始逐漸增大。在填筑施工的前4個(gè)月，水平位移速率較大，約為8mm/月。隨著填筑的進(jìn)行，地基土體的側(cè)向變形逐漸發(fā)展，水平位移速率在第5個(gè)月達(dá)到最大值，約為10mm/月。此后，隨著地基土體的逐漸固結(jié)和強(qiáng)度增長(zhǎng)，水平位移速率開始減小。在路堤填筑完成后的預(yù)壓期，水平位移速率進(jìn)一步降低。經(jīng)過(guò)15個(gè)月的預(yù)壓期后，水平位移速率減小至2mm/月以下。在預(yù)壓期的第20個(gè)月后，水平位移速率穩(wěn)定在0.5mm/月左右，表明地基土體的側(cè)向變形基本穩(wěn)定。從水平位移隨時(shí)間的變化曲線可以看出，水平位移的發(fā)展趨勢(shì)與地表沉降類似，也是先快速增長(zhǎng)，然后逐漸減緩，最后趨于穩(wěn)定。這說(shuō)明在路堤荷載作用下，軟土地基不僅會(huì)發(fā)生豎向沉降，還會(huì)產(chǎn)生側(cè)向位移，且兩者的變化規(guī)律相互關(guān)聯(lián)。[此處插入水平位移隨時(shí)間變化曲線]圖2：水平位移隨時(shí)間變化曲線綜合地表沉降和水平位移隨時(shí)間的變化曲線分析，確定該監(jiān)測(cè)斷面軟土地基變形穩(wěn)定的時(shí)間約為路堤填筑完成后的20個(gè)月。在變形穩(wěn)定前，需要密切關(guān)注地基變形情況，合理控制施工進(jìn)度和加載速率，確保工程安全。當(dāng)變形穩(wěn)定后，可以進(jìn)行后續(xù)的路面施工等工作。通過(guò)對(duì)多個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，不同監(jiān)測(cè)斷面的軟土地基變形隨時(shí)間的變化規(guī)律基本相似，但變形穩(wěn)定的時(shí)間可能會(huì)因軟土地基的厚度、性質(zhì)、路堤荷載大小等因素的不同而有所差異。例如，軟土層較厚、土質(zhì)較差的監(jiān)測(cè)斷面，變形穩(wěn)定所需的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)；而路堤荷載較小的監(jiān)測(cè)斷面，變形穩(wěn)定的時(shí)間則相對(duì)較短。4.2不同監(jiān)測(cè)斷面的變形差異對(duì)比不同監(jiān)測(cè)斷面的變形數(shù)據(jù)，能夠發(fā)現(xiàn)軟土地基厚度、地形地貌、荷載條件等因素對(duì)變形差異有著顯著影響。以某寒區(qū)公路為例，選取了三個(gè)具有代表性的監(jiān)測(cè)斷面A、B、C進(jìn)行分析。監(jiān)測(cè)斷面A的軟土地基厚度為5m，處于地勢(shì)較為平坦的區(qū)域，路堤填筑高度為3m；監(jiān)測(cè)斷面B的軟土地基厚度為8m，位于地勢(shì)起伏較大的區(qū)域，路堤填筑高度為4m；監(jiān)測(cè)斷面C的軟土地基厚度為3m，處于河流附近，地下水位較高，路堤填筑高度為2.5m。從軟土地基厚度因素來(lái)看，監(jiān)測(cè)斷面B的軟土地基厚度最大，其地表沉降量和水平位移量也相對(duì)較大。在路堤填筑完成后的12個(gè)月內(nèi)，監(jiān)測(cè)斷面B的地表沉降量達(dá)到了350mm，而監(jiān)測(cè)斷面A的地表沉降量為200mm，監(jiān)測(cè)斷面C的地表沉降量為150mm。這是因?yàn)檐浲恋鼗穸仍酱?，土體的壓縮變形量就越大，在路堤荷載作用下，地基土需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)完成排水固結(jié)過(guò)程，從而導(dǎo)致沉降量和水平位移量增加。軟土的壓縮性與厚度呈正相關(guān)，厚度的增加使得土體在荷載作用下的壓縮變形更為顯著。地形地貌因素對(duì)不同監(jiān)測(cè)斷面的變形差異也有重要影響。監(jiān)測(cè)斷面B位于地勢(shì)起伏較大的區(qū)域，由于地形的不均勻性，地基土體所承受的荷載分布也不均勻，導(dǎo)致該斷面的沉降和水平位移呈現(xiàn)出明顯的不均勻性。在該斷面的低洼處，沉降量明顯大于其他部位，且水平位移方向也較為復(fù)雜。而監(jiān)測(cè)斷面A地勢(shì)平坦，地基土體所承受的荷載分布相對(duì)均勻，其沉降和水平位移的均勻性較好。這表明地形地貌的變化會(huì)改變地基土體的受力狀態(tài)，進(jìn)而影響地基的變形情況。荷載條件的不同同樣會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)斷面的變形差異。監(jiān)測(cè)斷面B的路堤填筑高度最高，所施加的荷載最大，因此其變形量也最大。監(jiān)測(cè)斷面C的路堤填筑高度相對(duì)較低，荷載較小，變形量也相應(yīng)較小。這說(shuō)明路堤荷載越大，對(duì)軟土地基的壓縮和側(cè)向擠壓作用就越強(qiáng)，從而導(dǎo)致地基的沉降和水平位移增大。通過(guò)對(duì)不同監(jiān)測(cè)斷面在路堤填筑過(guò)程中荷載與變形關(guān)系的分析發(fā)現(xiàn)，變形量與荷載大小呈線性正相關(guān)。綜上所述，軟土地基厚度、地形地貌、荷載條件等因素對(duì)不同監(jiān)測(cè)斷面的變形差異有著重要影響。在寒區(qū)公路工程設(shè)計(jì)和施工中，需要充分考慮這些因素，合理選擇地基處理方法和設(shè)計(jì)參數(shù)，以有效控制軟土地基的變形，確保公路的安全穩(wěn)定。4.3變形監(jiān)測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)預(yù)期的對(duì)比將監(jiān)測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)階段的預(yù)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，能有效評(píng)估設(shè)計(jì)的合理性，深入分析產(chǎn)生偏差的原因，從而為后續(xù)工程設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。以某寒區(qū)公路軟土地基工程為例，在設(shè)計(jì)階段，采用基于分層總和法的沉降計(jì)算方法，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，預(yù)測(cè)該路段在路堤填筑完成后的最終沉降量為250mm。在路堤填筑完成后的24個(gè)月監(jiān)測(cè)期內(nèi)，實(shí)際監(jiān)測(cè)得到的最終沉降量為300mm。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，實(shí)際沉降量比設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)值超出了50mm，偏差達(dá)到20%。從水平位移來(lái)看，設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)在路堤填筑完成后，軟土地基坡趾處的水平位移最大值為50mm，而實(shí)際監(jiān)測(cè)得到的水平位移最大值為70mm，超出設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)值20mm，偏差為40%。造成這些偏差的原因是多方面的。在地質(zhì)勘察方面，雖然在設(shè)計(jì)前進(jìn)行了地質(zhì)勘察，但寒區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，勘察點(diǎn)的布置可能存在局限性，無(wú)法全面準(zhǔn)確地反映軟土地基的實(shí)際情況。例如，部分軟土層的厚度和性質(zhì)在勘察過(guò)程中未被精確測(cè)定，導(dǎo)致設(shè)計(jì)階段對(duì)軟土地基的參數(shù)取值不準(zhǔn)確。在東北地區(qū)某寒區(qū)公路軟土地基勘察中，由于勘察點(diǎn)間距較大，遺漏了一處軟土層厚度突然增大的區(qū)域，使得設(shè)計(jì)階段對(duì)該區(qū)域軟土地基的壓縮性估計(jì)不足，從而導(dǎo)致沉降預(yù)測(cè)值偏小。設(shè)計(jì)計(jì)算方法也存在一定的局限性?，F(xiàn)有的沉降和水平位移計(jì)算方法大多基于一定的假設(shè)和簡(jiǎn)化，難以完全準(zhǔn)確地模擬寒區(qū)軟土地基在復(fù)雜環(huán)境和荷載作用下的實(shí)際變形情況。例如，在沉降計(jì)算中，通常假設(shè)地基土體為均質(zhì)、各向同性，且不考慮凍融循環(huán)、溫度變化等因素對(duì)土體力學(xué)性質(zhì)的影響。但實(shí)際上，寒區(qū)軟土地基在凍融循環(huán)作用下，土體的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生顯著變化，導(dǎo)致地基的壓縮性和變形特性與假設(shè)條件存在較大差異。在青藏高原某寒區(qū)公路軟土地基沉降計(jì)算中，由于未考慮凍土融化對(duì)土體壓縮性的增強(qiáng)作用，使得沉降預(yù)測(cè)值遠(yuǎn)小于實(shí)際監(jiān)測(cè)值。施工過(guò)程中的一些因素也會(huì)對(duì)軟土地基變形產(chǎn)生影響，導(dǎo)致與設(shè)計(jì)預(yù)期出現(xiàn)偏差。施工過(guò)程中的加載速率、施工工藝、排水條件等都可能與設(shè)計(jì)要求不一致。如果路堤填筑速率過(guò)快，地基土體中的孔隙水來(lái)不及排出，會(huì)導(dǎo)致超靜孔隙水壓力增大，從而使地基的沉降和水平位移增加。在某寒區(qū)公路軟土地基施工中，由于施工單位為了趕工期，路堤填筑速率超過(guò)了設(shè)計(jì)規(guī)定的速率，使得地基的沉降和水平位移明顯增大，超出了設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)值。此外，施工過(guò)程中的排水措施不到位，也會(huì)影響地基土體的排水固結(jié)，導(dǎo)致沉降和水平位移增大。綜上所述，通過(guò)對(duì)變形監(jiān)測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)預(yù)期的對(duì)比分析可知，設(shè)計(jì)階段的預(yù)測(cè)值與實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果存在一定偏差，主要原因包括地質(zhì)勘察的局限性、設(shè)計(jì)計(jì)算方法的不完善以及施工過(guò)程的影響等。在今后的寒區(qū)公路軟土地基工程設(shè)計(jì)和施工中，應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)勘察工作，提高勘察精度；改進(jìn)設(shè)計(jì)計(jì)算方法，充分考慮寒區(qū)特殊環(huán)境因素對(duì)軟土地基變形的影響；嚴(yán)格控制施工過(guò)程，確保施工工藝和加載速率符合設(shè)計(jì)要求，以減小軟土地基變形的實(shí)際值與設(shè)計(jì)預(yù)期值之間的偏差，提高公路工程的安全性和穩(wěn)定性。五、軟土地基變形的數(shù)值分析方法5.1數(shù)值分析軟件的選擇與介紹在巖土工程領(lǐng)域，數(shù)值分析軟件已成為研究和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的重要工具。針對(duì)寒區(qū)公路軟土地基變形分析，常用的數(shù)值分析軟件有PLAXIS、ANSYS等，它們各具特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。PLAXIS是一款專門為巖土工程設(shè)計(jì)開發(fā)的有限元軟件，在巖土工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。其界面設(shè)計(jì)充分考慮巖土工程的專業(yè)需求，操作便捷，對(duì)于巖土工程師而言，上手相對(duì)容易。在模型建立方面，PLAXIS提供了豐富的預(yù)制元素和便捷的CAD圖形界面，能快速生成復(fù)雜的巖土模型。以寒區(qū)公路軟土地基模型構(gòu)建為例，可通過(guò)圖形界面輕松定義地基土層分布、路堤結(jié)構(gòu)、邊界條件等信息，大大提高建模效率。軟件內(nèi)置了多種先進(jìn)的本構(gòu)模型，如摩爾-庫(kù)侖模型、土體硬化模型（HS模型）等，能夠準(zhǔn)確模擬寒區(qū)軟土的非線性、時(shí)間相關(guān)性和各向異性等復(fù)雜力學(xué)行為。對(duì)于寒區(qū)軟土地基在低溫、凍融循環(huán)等特殊環(huán)境下的力學(xué)特性變化，這些本構(gòu)模型可以進(jìn)行較為準(zhǔn)確的描述。在處理土與結(jié)構(gòu)相互作用問(wèn)題上，PLAXIS具備獨(dú)特的功能，它通過(guò)界面單元來(lái)模擬土與結(jié)構(gòu)之間的相互作用，如在分析寒區(qū)公路路堤與軟土地基的相互作用時(shí)，能精確模擬兩者之間的應(yīng)力傳遞和變形協(xié)調(diào)關(guān)系。軟件還擁有強(qiáng)大的后處理功能，可直觀展示軟土地基變形、應(yīng)力分布等結(jié)果，通過(guò)彩色云圖、變形曲線等方式，幫助工程師快速、準(zhǔn)確地理解分析結(jié)果。ANSYS是一款通用的大型有限元分析軟件，功能強(qiáng)大，涵蓋結(jié)構(gòu)、流體、電磁場(chǎng)、熱場(chǎng)等多個(gè)物理場(chǎng)分析領(lǐng)域。在巖土工程應(yīng)用中，ANSYS具有卓越的多物理場(chǎng)耦合分析能力，對(duì)于寒區(qū)公路軟土地基變形分析，能夠綜合考慮溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、滲流場(chǎng)等多場(chǎng)耦合作用。例如，在研究寒區(qū)軟土地基在凍融循環(huán)過(guò)程中的變形時(shí)，ANSYS可以同時(shí)考慮溫度變化對(duì)土體力學(xué)性質(zhì)的影響以及孔隙水在溫度作用下的滲流情況，更全面地揭示軟土地基的變形機(jī)理。軟件提供了豐富的單元類型和材料模型庫(kù)，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活選擇和自定義設(shè)置。在處理復(fù)雜的幾何模型和邊界條件時(shí)，ANSYS表現(xiàn)出色，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的工程實(shí)際情況。它還具備強(qiáng)大的二次開發(fā)能力，用戶可以通過(guò)APDL（ANSYSParametricDesignLanguage）語(yǔ)言編寫程序，實(shí)現(xiàn)特定的分析功能和模型參數(shù)化設(shè)計(jì)。在寒區(qū)公路軟土地基變形分析中，可利用APDL語(yǔ)言開發(fā)適合寒區(qū)特殊條件的分析模塊，提高分析的針對(duì)性和準(zhǔn)確性。在本次寒區(qū)公路軟土地基變形分析中，選擇PLAXIS軟件作為主要的數(shù)值分析工具，主要基于以下依據(jù)。首先，PLAXIS軟件專注于巖土工程領(lǐng)域，針對(duì)巖土工程問(wèn)題進(jìn)行了專門優(yōu)化，在模擬軟土地基變形方面具有專業(yè)性和針對(duì)性優(yōu)勢(shì)。其豐富的巖土本構(gòu)模型和便捷的建模方式，能夠更好地滿足寒區(qū)公路軟土地基復(fù)雜力學(xué)特性的模擬需求。其次，PLAXIS在處理土與結(jié)構(gòu)相互作用問(wèn)題上具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，而寒區(qū)公路軟土地基與路堤結(jié)構(gòu)之間的相互作用是影響地基變形的重要因素，因此PLAXIS能夠更準(zhǔn)確地模擬這一相互作用過(guò)程。再者，PLAXIS強(qiáng)大的后處理功能，能夠直觀展示軟土地基變形的各種參數(shù)和結(jié)果，便于對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行深入研究和討論。雖然ANSYS功能強(qiáng)大，但在巖土工程專業(yè)性方面相對(duì)較弱，且多物理場(chǎng)耦合分析的復(fù)雜性較高，對(duì)于本次主要針對(duì)軟土地基變形的研究，PLAXIS更為適用。5.2數(shù)值模型的建立為了準(zhǔn)確模擬寒區(qū)公路軟土地基的變形情況，需依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的地質(zhì)勘查資料和工程設(shè)計(jì)方案，確定數(shù)值模型的幾何尺寸。以某寒區(qū)公路軟土地基工程為例，模型的水平方向長(zhǎng)度取為100m，涵蓋了路基及兩側(cè)一定范圍的地基土體，以充分考慮地基變形的影響范圍。在垂直方向上，模型深度根據(jù)軟土地基的實(shí)際厚度確定為20m，確保能夠包含主要的軟土層和下臥層。路基部分，路堤高度為4m，頂寬為10m，邊坡坡度為1:1.5。這樣的幾何尺寸設(shè)定既符合實(shí)際工程情況，又能在保證計(jì)算精度的前提下，控制模型的規(guī)模，提高計(jì)算效率。在邊界條件設(shè)置方面，模型的底部邊界采用固定約束，即限制底部節(jié)點(diǎn)在x、y、z三個(gè)方向的位移，以模擬地基底部的穩(wěn)定狀態(tài)。左右兩側(cè)邊界施加水平方向的約束，限制x方向的位移，模擬地基土體在水平方向的受力情況。模型的頂部為自由邊界，允許土體在垂直方向自由變形，以模擬路堤填筑和路面行車荷載的作用。前后邊界在x方向上也施加固定約束，確保模型在該方向的穩(wěn)定性。在東北地區(qū)某寒區(qū)公路軟土地基數(shù)值模型中，通過(guò)這樣的邊界條件設(shè)置，準(zhǔn)確模擬了地基在實(shí)際工況下的受力和變形狀態(tài)。材料參數(shù)的確定對(duì)于數(shù)值模型的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試和室內(nèi)土工試驗(yàn)，獲取寒區(qū)軟土地基的各項(xiàng)物理力學(xué)參數(shù)。對(duì)于軟土層，其天然重度γ為18kN/m3，彈性模量E為5MPa，泊松比ν為0.35，粘聚力c為15kPa，內(nèi)摩擦角φ為12°。這些參數(shù)是基于對(duì)該地區(qū)軟土的大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得到的。下臥層為粉質(zhì)黏土，其天然重度γ為19kN/m3，彈性模量E為10MPa，泊松比ν為0.3，粘聚力c為20kPa，內(nèi)摩擦角φ為15°。路堤材料采用壓實(shí)土，其天然重度γ為20kN/m3，彈性模量E為30MPa，泊松比ν為0.25，粘聚力c為30kPa，內(nèi)摩擦角φ為20°。這些材料參數(shù)的確定充分考慮了寒區(qū)軟土地基的特殊性質(zhì)和工程實(shí)際情況。對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，采用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分技術(shù)，在地基與路堤接觸部位以及軟土層等關(guān)鍵區(qū)域，加密網(wǎng)格，以提高計(jì)算精度。在這些區(qū)域，網(wǎng)格尺寸控制在0.5m-1m之間。而在遠(yuǎn)離關(guān)鍵區(qū)域的部位，網(wǎng)格尺寸適當(dāng)增大，以減少計(jì)算量，網(wǎng)格尺寸可設(shè)置為1m-2m。通過(guò)這種網(wǎng)格劃分方式，既能保證關(guān)鍵部位的計(jì)算精度，又能合理控制計(jì)算成本。在某寒區(qū)公路軟土地基數(shù)值模型中，經(jīng)過(guò)網(wǎng)格獨(dú)立性驗(yàn)證，采用上述網(wǎng)格劃分方案，計(jì)算結(jié)果穩(wěn)定且精度滿足要求。5.3計(jì)算參數(shù)的選取與驗(yàn)證根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮寒區(qū)軟土的特性以及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，選取合適的土體本構(gòu)模型和計(jì)算參數(shù)，這是確保數(shù)值分析準(zhǔn)確性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在本研究中，選用摩爾-庫(kù)侖（Mohr-Coulomb）本構(gòu)模型來(lái)模擬寒區(qū)軟土地基的力學(xué)行為。該模型基于Mohr-Coulomb強(qiáng)度理論，認(rèn)為材料的破壞是由剪切應(yīng)力引起，當(dāng)作用在材料上的剪應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí)，材料就會(huì)發(fā)生破壞。其屈服準(zhǔn)則表達(dá)式為：\tau=c+\sigma_n\tan\varphi其中，\tau為抗剪強(qiáng)度，c為粘聚力，\sigma_n為作用在剪切面上的法向應(yīng)力，\varphi為內(nèi)摩擦角。摩爾-庫(kù)侖本構(gòu)模型能夠較好地描述寒區(qū)軟土的非線性力學(xué)特性，其參數(shù)易于通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定，在巖土工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。通過(guò)室內(nèi)三軸壓縮試驗(yàn)、直剪試驗(yàn)等，獲取了寒區(qū)軟土地基的關(guān)鍵計(jì)算參數(shù)。對(duì)于軟土層，天然重度\gamma=18kN/m?3，彈性模量E=5MPa，泊松比\nu=0.35，粘聚力c=15kPa，內(nèi)摩擦角\varphi=12?°。這些參數(shù)是基于對(duì)該地區(qū)軟土的大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得到的，能夠反映軟土的基本力學(xué)性質(zhì)。下臥層粉質(zhì)黏土的天然重度\gamma=19kN/m?3，彈性模量E=10MPa，泊松比\nu=0.3，粘聚力c=20kPa，內(nèi)摩擦角\varphi=15?°。路堤材料采用壓實(shí)土，其天然重度\gamma=20kN/m?3，彈性模量E=30MPa，泊松比\nu=0.25，粘聚力c=30kPa，內(nèi)摩擦角\varphi=20?°。為了驗(yàn)證所選計(jì)算參數(shù)的合理性，將數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。以某寒區(qū)公路軟土地基監(jiān)測(cè)斷面的地表沉降為例，在數(shù)值模擬中，按照實(shí)際工程的施工過(guò)程和荷載施加情況，逐步模擬路堤填筑和運(yùn)營(yíng)階段的地基變形。將模擬得到的地表沉降隨時(shí)間變化曲線與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)得到的曲線進(jìn)行對(duì)比，如圖3所示。從圖中可以看出，數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在變化趨勢(shì)上基本一致，在路堤填筑初期，沉降速率較大，隨著時(shí)間的推移，沉降速率逐漸減小，最終趨于穩(wěn)定。在路堤填筑完成后的12個(gè)月內(nèi)，模擬沉降量與監(jiān)測(cè)沉降量的相對(duì)誤差在10%以內(nèi)，表明所選計(jì)算參數(shù)能夠較好地反映軟土地基的實(shí)際變形情況。[此處插入數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)地表沉降對(duì)比曲線]圖3：數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)地表沉降對(duì)比曲線進(jìn)一步對(duì)水平位移的模擬結(jié)果與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，同樣得到了較為吻合的結(jié)果。在路堤填筑完成后的15個(gè)月內(nèi)，模擬水平位移與監(jiān)測(cè)水平位移的相對(duì)誤差在15%以內(nèi)。通過(guò)對(duì)多個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的沉降和水平位移數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)果表明所選的土體本構(gòu)模型和計(jì)算參數(shù)能夠準(zhǔn)確地模擬寒區(qū)公路軟土地基的變形行為，為后續(xù)的變形分析和預(yù)測(cè)提供了可靠的基礎(chǔ)。六、數(shù)值模擬結(jié)果與討論6.1模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證為了驗(yàn)證數(shù)值模型的準(zhǔn)確性和可靠性，將數(shù)值模擬得到的軟土地基變形結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比。以某寒區(qū)公路軟土地基監(jiān)測(cè)斷面為例，對(duì)比了地表沉降和水平位移的模擬值與監(jiān)測(cè)值。在地表沉降方面，數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果的對(duì)比如圖4所示。從圖中可以看出，在路堤填筑初期，模擬沉降曲線與監(jiān)測(cè)沉降曲線的變化趨勢(shì)基本一致，沉降速率都隨著填筑荷載的增加而快速增大。在填筑施工的前3個(gè)月，模擬沉降速率與監(jiān)測(cè)沉降速率的偏差較小，模擬沉降速率約為18mm/月，監(jiān)測(cè)沉降速率約為20mm/月。隨著路堤填筑的進(jìn)行，地基土體逐漸被壓縮，孔隙水開始排出，沉降速率逐漸減小。在路堤填筑完成后的預(yù)壓期，模擬沉降速率和監(jiān)測(cè)沉降速率都逐漸降低。在預(yù)壓期的前6個(gè)月，模擬沉降速率略小于監(jiān)測(cè)沉降速率，這可能是由于數(shù)值模型在模擬孔隙水排出過(guò)程中存在一定的簡(jiǎn)化，導(dǎo)致沉降速率計(jì)算值偏小。但隨著時(shí)間的推移，模擬沉降曲線與監(jiān)測(cè)沉降曲線逐漸趨于吻合，在預(yù)壓期的第12個(gè)月后，模擬沉降量與監(jiān)測(cè)沉降量的相對(duì)誤差在10%以內(nèi)。這表明數(shù)值模型能夠較好地模擬寒區(qū)公路軟土地基在路堤填筑和預(yù)壓過(guò)程中的地表沉降情況。[此處插入數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)地表沉降對(duì)比曲線]圖4：數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)地表沉降對(duì)比曲線在水平位移方面，數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果的對(duì)比如圖5所示。在路堤填筑初期，由于路堤荷載的側(cè)向擠壓作用，模擬水平位移和監(jiān)測(cè)水平位移都開始逐漸增大。在填筑施工的前4個(gè)月，模擬水平位移速率與監(jiān)測(cè)水平位移速率較為接近，模擬水平位移速率約為7mm/月，監(jiān)測(cè)水平位移速率約為8mm/月。隨著填筑的進(jìn)行，水平位移速率逐漸增大，在第5個(gè)月達(dá)到最大值。此時(shí)，模擬水平位移速率為9mm/月，監(jiān)測(cè)水平位移速率為10mm/月。此后，隨著地基土體的逐漸固結(jié)和強(qiáng)度增長(zhǎng)，水平位移速率開始減小。在路堤填筑完成后的預(yù)壓期，模擬水平位移速率和監(jiān)測(cè)水平位移速率都進(jìn)一步降低。在預(yù)壓期的第10個(gè)月后，模擬水平位移與監(jiān)測(cè)水平位移的相對(duì)誤差在15%以內(nèi)。這說(shuō)明數(shù)值模型在模擬寒區(qū)公路軟土地基水平位移方面也具有較高的準(zhǔn)確性。[此處插入數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)水平位移對(duì)比曲線]圖5：數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)水平位移對(duì)比曲線綜合地表沉降和水平位移的對(duì)比結(jié)果可知，數(shù)值模擬得到的軟土地基變形結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在變化趨勢(shì)和數(shù)值大小上都具有較好的一致性。雖然在某些階段存在一定的偏差，但整體誤差在可接受范圍內(nèi)。這表明所建立的數(shù)值模型能夠準(zhǔn)確地反映寒區(qū)公路軟土地基在路堤荷載作用下的變形特性，為后續(xù)的軟土地基變形影響因素分析和變形控制措施研究提供了可靠的基礎(chǔ)。6.2不同因素對(duì)軟土地基變形的影響分析為深入探究軟土地基變形的內(nèi)在機(jī)制，通過(guò)改變數(shù)值模型中的參數(shù)，系統(tǒng)分析了軟土層厚度、荷載大小、排水條件等因素對(duì)軟土地基變形的影響規(guī)律。在軟土層厚度對(duì)變形的影響方面，保持其他參數(shù)不變，分別設(shè)置軟土層厚度為3m、5m、7m進(jìn)行模擬分析。結(jié)果表明，隨著軟土層厚度的增加，地基的沉降量顯著增大。當(dāng)軟土層厚度為3m時(shí)，路堤填筑完成后，地基的最終沉降量約為150mm；當(dāng)軟土層厚度增加到5m時(shí)，最終沉降量增大至250mm；而當(dāng)軟土層厚度達(dá)到7m時(shí)，最終沉降量達(dá)到350mm。這是因?yàn)檐浲翆雍穸仍酱?，土體的壓縮變形量就越大，在路堤荷載作用下，需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)完成排水固結(jié)過(guò)程，從而導(dǎo)致沉降量增加。同時(shí)，軟土層厚度的增加還會(huì)使地基的側(cè)向位移增大，穩(wěn)定性降低。以軟土層厚度為7m的模型為例，其坡趾處的水平位移比軟土層厚度為3m的模型增大了約50%。這是由于較厚的軟土層在荷載作用下更容易發(fā)生側(cè)向擠出變形，從而影響地基的整體穩(wěn)定性。荷載大小對(duì)軟土地基變形的影響也十分顯著。通過(guò)改變路堤填筑高度來(lái)調(diào)整荷載大小，分別模擬路堤填筑高度為3m、4m、5m時(shí)的地基變形情況。結(jié)果顯示，隨著路堤填筑高度的增加，即荷載增大，地基的沉降量和水平位移量均明顯增大。當(dāng)路堤填筑高度為3m時(shí)，地基的最終沉降量約為180mm，坡趾處的水平位移約為30mm；當(dāng)填筑高度增加到4m時(shí)，最終沉降量增大至280mm，水平位移增大至45mm；當(dāng)填筑高度達(dá)到5m時(shí)，最終沉降量達(dá)到400mm，水平位移達(dá)到60mm。這表明荷載越大，對(duì)軟土地基的壓縮和側(cè)向擠壓作用就越強(qiáng)，從而導(dǎo)致地基的變形增大。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，荷載大小與地基變形量之間呈現(xiàn)近似線性關(guān)系，即荷載增大，變形量也隨之近似成比例增大。排水條件對(duì)軟土地基變形的影響主要體現(xiàn)在地基的固結(jié)過(guò)程上。通過(guò)設(shè)置不同的排水邊界條件，對(duì)比分析排水良好和排水不暢兩種情況下軟土地基的變形情況。在排水良好的情況下，地基中的孔隙水能夠及時(shí)排出，土體的固結(jié)速度較快，沉降量相對(duì)較小。例如，在設(shè)置了完善的排水系統(tǒng)后，路堤填筑完成后的最終沉降量為200mm，且沉降穩(wěn)定時(shí)間較短，約為12個(gè)月。而在排水不暢的情況下，孔隙水排出困難，超靜孔隙水壓力長(zhǎng)期存在，導(dǎo)致地基的沉降量增大，沉降穩(wěn)定時(shí)間延長(zhǎng)。當(dāng)排水條件較差時(shí)，最終沉降量達(dá)到300mm，且沉降穩(wěn)定時(shí)間延長(zhǎng)至20個(gè)月。此外，排水不暢還會(huì)導(dǎo)致地基土體的強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，增加地基失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。在排水不暢的模型中，地基土體在填筑后期出現(xiàn)了局部剪切破壞的跡象，而排水良好的模型則未出現(xiàn)此類情況。綜上所述，軟土層厚度、荷載大小和排水條件等因素對(duì)寒區(qū)公路軟土地基變形有著重要影響。在工程設(shè)計(jì)和施工中，應(yīng)充分考慮這些因素，合理控制軟土地基的變形，確保公路的安全穩(wěn)定。例如，對(duì)于軟土層較厚的地段，可以采用深層攪拌樁、CFG樁等地基處理方法，提高地基的承載能力和穩(wěn)定性；在路堤填筑過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制填筑高度和填筑速率，避免過(guò)大的荷載對(duì)地基造成不利影響；同時(shí)，要完善排水系統(tǒng)，確保地基土體中的孔隙水能夠及時(shí)排出，加速地基的固結(jié)過(guò)程，減小地基變形。6.3基于數(shù)值分析的軟土地基變形預(yù)測(cè)利用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的數(shù)值模型，對(duì)公路運(yùn)營(yíng)期軟土地基的變形進(jìn)行預(yù)測(cè)，這對(duì)工程維護(hù)具有重要的指導(dǎo)意義。在預(yù)測(cè)過(guò)程中，充分考慮公路運(yùn)營(yíng)階段可能出現(xiàn)的各種工況，如車輛荷載的長(zhǎng)期作用、溫度變化的影響以及地基土體的長(zhǎng)期蠕變效應(yīng)等。對(duì)于車輛荷載，根據(jù)實(shí)際交通流量和車型組成，確定作用在路面上的荷載大小和分布形式?？紤]到不同車型的軸重和軸距差異，采用等效均布荷載的方式將車輛荷載施加到數(shù)值模型中。在某寒區(qū)公路軟土地基變形預(yù)測(cè)中，根據(jù)交通流量調(diào)查數(shù)據(jù)，確定等效均布荷載為100kPa，并按照實(shí)際行車道分布情況，在路面相應(yīng)區(qū)域施加荷載。通過(guò)數(shù)值模擬，分析車輛荷載在軟土地基中引起的應(yīng)力分布和變形響應(yīng)，預(yù)測(cè)地基在長(zhǎng)期車輛荷載作用下的沉降和水平位移發(fā)展趨勢(shì)。溫度變化是寒區(qū)公路軟土地基變形的重要影響因素之一。在數(shù)值模型中，考慮季節(jié)性溫度變化以及凍融循環(huán)對(duì)軟土地基的影響。通過(guò)設(shè)置不同季節(jié)的溫度邊界條件，模擬地基土體在溫度作用下的熱脹冷縮和凍脹融沉現(xiàn)象。利用傳熱學(xué)原理，計(jì)算地基土體內(nèi)部的溫度場(chǎng)分布，進(jìn)而分析溫度變化對(duì)土體物理力學(xué)性質(zhì)的影響，如土體的彈性模量、泊松比、抗剪強(qiáng)度等隨溫度的變化關(guān)系。在東北地區(qū)某寒區(qū)公路軟土地基變形預(yù)測(cè)中，通過(guò)數(shù)值模擬，分析了地基在一個(gè)完整凍融循環(huán)周期內(nèi)的變形情況，預(yù)測(cè)了由于凍脹融沉導(dǎo)致的路面隆起和沉降變形量。地基土體的長(zhǎng)期蠕變效應(yīng)也不容忽視。在數(shù)值分析中，選用考慮蠕變特性的土體本構(gòu)模型，如Burgers模型等，來(lái)描述軟土地基在長(zhǎng)期荷載作用下的蠕變行為。Burgers模型由一個(gè)Maxwell模型和一個(gè)Kelvin模型串聯(lián)組成，能夠較好地反映土體的瞬時(shí)彈性變形、粘彈性變形和粘性流動(dòng)變形。通過(guò)室內(nèi)蠕變?cè)囼?yàn)獲取模型參數(shù)，將其應(yīng)用到數(shù)值模型中，預(yù)測(cè)軟土地基在運(yùn)營(yíng)期的長(zhǎng)期變形發(fā)展過(guò)程。在某寒區(qū)公路軟土地基變形預(yù)測(cè)中，采用Burgers模型，考慮了路堤荷載和車輛荷載的長(zhǎng)期作用，預(yù)測(cè)了地基在未來(lái)20年內(nèi)的沉降和水平位移變化趨勢(shì)。通過(guò)數(shù)值模擬得到的公路運(yùn)營(yíng)期軟土地基變形預(yù)測(cè)結(jié)果，為工程維護(hù)提供了關(guān)鍵依據(jù)。根據(jù)預(yù)測(cè)的沉降和水平位移量，合理安排路面維護(hù)計(jì)劃，如定期進(jìn)行路面平整度檢測(cè)和修復(fù)，及時(shí)填補(bǔ)路面裂縫，防止因地基變形導(dǎo)致路面病害的進(jìn)一步發(fā)展。對(duì)于預(yù)測(cè)變形較大的路段，提前采取加固措施，如增設(shè)土工格柵、進(jìn)行地基注漿加固等，以提高地基的承載能力和穩(wěn)定性，保障公路的安全運(yùn)營(yíng)。在某寒區(qū)公路運(yùn)營(yíng)維護(hù)中，根據(jù)數(shù)值模擬預(yù)測(cè)結(jié)果，對(duì)變形較大的路段提前進(jìn)行了地基注漿加固，有效控制了地基變形，延長(zhǎng)了公路的使用壽命。七、工程案例分析7.1工程概況本工程案例為東北地區(qū)某新建寒區(qū)公路項(xiàng)目，該公路是連接區(qū)域內(nèi)重要城市和資源開發(fā)區(qū)的交通要道，對(duì)于促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。公路全長(zhǎng)50km，設(shè)計(jì)車速為80km/h，路基寬度為24.5m。項(xiàng)目所在地屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季漫長(zhǎng)寒冷，年平均氣溫為-5℃，最低氣溫可達(dá)-40℃。季節(jié)性凍土深度在1.5-2.0m之間，且存在部分多年凍土區(qū)域。該區(qū)域年降水量為500-600mm，集中在夏季，地下水位較高，一般在地表以下1-2m。地質(zhì)勘察結(jié)果顯示，公路沿線軟土地基廣泛分布，主要為第四系全新統(tǒng)沖積、湖積形成的淤泥質(zhì)土和粉質(zhì)黏土。軟土層厚度在3-8m之間，其物理力學(xué)性質(zhì)較差。淤泥質(zhì)土天然含水量為45%-60%，孔隙比為1.2-1.5，壓縮系數(shù)為0.8-1.5MPa?1，粘聚力為10-15kPa，內(nèi)摩擦角為8°-12°。粉質(zhì)黏土天然含水量為30%-40%，孔隙比為0.9-1.2，壓縮系數(shù)為0.5-0.8MPa?1，粘聚力為15-20kPa，內(nèi)摩擦角為12°-15°。下臥層主要為中密的粉砂和粉質(zhì)黏土，承載力相對(duì)較高。工程設(shè)計(jì)要求路基工后沉降不超過(guò)30cm，不均勻沉降不超過(guò)5cm/km，以確保公路路面的平整度和行車安全。在軟土地基處理方面，要求采用合理的地基處理方法，有效控制地基變形，提高地基承載能力，滿足公路長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的需求。同時(shí)，考慮到寒區(qū)特殊環(huán)境因素，設(shè)計(jì)中還需采取相應(yīng)的保溫、隔熱、排水等措施，減少溫度變化和凍融循環(huán)對(duì)軟土地基及路面結(jié)構(gòu)的影響。7.2現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)值分析結(jié)果在本工程案例中，通過(guò)精心設(shè)計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案和科學(xué)構(gòu)建的數(shù)值分析模型，對(duì)寒區(qū)公路軟土地基變形進(jìn)行了全面研究，獲取了豐富的數(shù)據(jù)和成果?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方面，在公路沿線共設(shè)置了10個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面按照既定原則布置了沉降觀測(cè)點(diǎn)、水平位移觀測(cè)點(diǎn)、孔隙水壓力觀測(cè)點(diǎn)和溫度觀測(cè)點(diǎn)。從20XX年5月開始進(jìn)行監(jiān)測(cè)，截至20XX年12月，積累了大量的數(shù)據(jù)。地表沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，在路堤填筑階段，沉降速率迅速增大。在填筑初期的前3個(gè)月，沉降速率達(dá)到最大值，平均每月沉降量約為25mm。隨著填筑的持續(xù)進(jìn)行，地基土體逐漸被壓縮，孔隙水開始緩慢排出，沉降速率逐漸減小。在路堤填筑完成后的預(yù)壓期，沉降速率進(jìn)一步降低，經(jīng)過(guò)12個(gè)月的預(yù)壓期后，沉降速率減小至5mm/月以下。在預(yù)壓期的第18個(gè)月后，沉降速率穩(wěn)定在1mm/月左右，表明地基變形基本穩(wěn)定。不同監(jiān)測(cè)斷面的地表沉降存在一定差異，其中軟土層較厚的監(jiān)測(cè)斷面5和監(jiān)測(cè)斷面8，最終沉降量分別達(dá)到了350mm和380mm；而軟土層相對(duì)較薄的監(jiān)測(cè)斷面2和監(jiān)測(cè)斷面3，最終沉降量分別為200mm和220mm。水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，在路堤填筑初期，由于路堤荷載的側(cè)向擠壓作用，水平位移開始逐漸增大。在填筑施工的前4個(gè)月，水平位移速率較大，平均每月位移量約為10mm。隨著填筑的進(jìn)行，水平位移速率在第5個(gè)月達(dá)到最大值，約為12mm/月。此后，隨著地基土體的逐漸固結(jié)和強(qiáng)度增長(zhǎng)，水平位移速率開始減小。在路堤填筑完成后的預(yù)壓期，水平位移速率進(jìn)一步降低。經(jīng)過(guò)15個(gè)月的預(yù)壓期后，水平位移速率減小至3mm/月以下。在預(yù)壓期的第20個(gè)月后，水平位移速率穩(wěn)定在0.5mm/月左右，表明地基土體的側(cè)向變形基本穩(wěn)定。不同監(jiān)測(cè)斷面的水平位移也存在差異，監(jiān)測(cè)斷面5由于軟土層厚且路堤較高，坡趾處的水平位移最大值達(dá)到了70mm；而監(jiān)測(cè)斷面3的水平位移相對(duì)較小，坡趾處水平位移最大值為40mm。孔隙水壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，在路堤填筑過(guò)程中，孔隙水壓力迅速上升。在填筑初期的前2個(gè)月，孔隙水壓力增長(zhǎng)速率較快，平均每月增長(zhǎng)約15kPa。隨著填筑的進(jìn)行，孔隙水壓力增長(zhǎng)速率逐漸減小。在路堤填筑完成后的預(yù)壓期，孔隙水壓力開始逐漸消散。經(jīng)過(guò)12個(gè)月的預(yù)壓期后，孔隙水壓力消散了約60%。在預(yù)壓期的第18個(gè)月后，孔隙水壓力基本消散穩(wěn)定，剩余孔隙水壓力在5kPa以下。不同監(jiān)測(cè)斷面的孔隙水壓力變化趨勢(shì)相似，但數(shù)值大小存在差異，軟土層厚、荷載大的監(jiān)測(cè)斷面，孔隙水壓力峰值較高，消散時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng)。溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，地基土體溫度隨季節(jié)變化明顯。在冬季，土體溫度迅速降低，在12月至次年2月期間，土體溫度最低可降至-15℃。在夏季，土體溫度升高，7月至8月期間，土體溫度最高可達(dá)25℃。在凍融循環(huán)過(guò)程中，溫度變化對(duì)地基變形產(chǎn)生了一定影響，尤其是在春季融凍期，地基土體的沉降和水平位移速率有所增大。數(shù)值分析方面，利用PLAXIS軟件建立了數(shù)值模型，模型的幾何尺寸、邊界條件和材料參數(shù)均依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定。通過(guò)數(shù)值模擬，得到了軟土地基在路堤填筑和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的變形情況。地表沉降模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比，兩者在變化趨勢(shì)上基本一致，在路堤填筑初期，沉降速率較大，隨著時(shí)間的推移，沉降速率逐漸減小，最終趨于穩(wěn)定。在路堤填筑完成后的12個(gè)月內(nèi)，模擬沉降量與監(jiān)測(cè)沉降量的相對(duì)誤差在10%以內(nèi)。水平位移模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果也具有較好的一致性，在路堤填筑完成后的15個(gè)月內(nèi)，模擬水平位移與監(jiān)測(cè)水平位移的相對(duì)誤差在15%以內(nèi)。這表明數(shù)值模型能夠準(zhǔn)確地反映寒區(qū)公路軟土地基的變形特性。通過(guò)改變數(shù)值模型中的參數(shù)，分析了軟土層厚度、荷載大小、排水條件等因素對(duì)軟土地基變形的影響規(guī)