1.一种软土地区路基施工、运营引起的路基沉降计算方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:依据路基几何形状和受力情况构建计算模型并进行;步骤2:地基土分层;步骤3:根据每层土的容重和层厚,计算并累加各分层界面处土的自重应力,得到深度Z处的地基自重应力σ t ;步骤4:假定土体是弹性体,求得半无限弹性体上任何荷载作用下的内部应力,计算由矩形分布荷载q产生的地基内部任意计算点的附加正应力σ z矩 ;步骤5:根据深度Z处的地基自重应力σ t 和由矩形分布荷载q产生的地基内部任意计算点的附加正应力σ z矩 ,确定计算深度;步骤6:计算复合地基压缩模量及加固区的平均复合地基模量;步骤7:用室内压缩试验所得不同土体的压缩模量计算各土层的压缩量;步骤8:把各分层土体的压缩变形值Δs i 进行叠加,得到路基总沉降值s;步骤9:计算每层路基自重荷载和每层站台自重荷载引起的地基中土体附加应力,根据二者地基中土体附加应力之和计算每层新建线路路基施工期引起的路基沉降,然后通过步骤8即可得到新增线路施工引起的整个地基的总沉降;步骤10:重复步骤9,在x方向不同位置处进行计算,即可得到沿x方向不同位置处新建线路路基施工引起的路基沉降;步骤11:分别求取新建路基左侧运营期荷载、右侧运营期荷载、站台运营荷载引起的地基中土体附加应力;根据三者地基中土体附加应力之和计算每层新增线路运营荷载引起的路基沉降;然后通过步骤8即可得到新增线路运营引起的整个地基的总沉降;步骤12:重复步骤11,在x方向不同位置处进行计算,即可得到沿x方向不同位置处新建线路运营时引起的路基沉降。
2.根据权利要求1所述的软土地区路基施工、运营引起的路基沉降计算方法,其特征在于,所述地基土分层的方法为:成层土的界面和地下水面都作为分层界面,各分层的土层厚度不超过0.4倍的基底宽度。
3.根据权利要求1所述的软土地区路基施工、运营引起的路基沉降计算方法,其特征在于:所述步骤3根据每层土的容重和层厚,计算并累加各分层界面处土的自重应力,深度Z处的地基自重应力σ t 具体计算式为:式中,n是土层分层数,γ i ,h i 分别表示每层土的容重和层厚。
4.根据权利要求3所述的软土地区路基施工、运营引起的路基沉降计算方法,其特征在于,所述步骤4的步骤具体为:步骤4.1:以地基左坡脚位置处为原点,构建二维坐标系;步骤4.2:任意垂直集中荷载P作用在地表上,在地基中任一点产生的附加应力如式(2)所示;式中,σ z集 为由任意垂直集中荷载P产生的地基内部计算点的附加正应力;x、y、z分别为地基内任意计算点距直角坐标轴的距离;r为计算点至集中荷载作用点的距离, 步骤4.3:在式(2)基础上,当路基上荷载形式为一矩形分布荷载时,地基中任一点的附加应力可通过式(2)积分获得,其表达式如式(3)所示;式中:σ z矩 为由矩形分布荷载q产生的地基内部任意计算点的附加正应力;x、z分别为地基内任意计算点距直角坐标轴的距离;a为均布荷载宽度,m 1 ,n 1 为应力计算参数。
5.根据权利要求4所述的软土地区路基施工、运营引起的路基沉降计算方法,其特征在于,所述步骤5中按式(4)确定计算深度:σ z矩 =0.1σ t (4)通过式(3)可以求得不同深度Z对应的σ z矩 ,将深度Z的土层进行划分,并根据式(1)求得相应深度对应的σ t ,当σ t 和σ z矩 满足关系式(4)时,对应的深度Z即为计算深度;式中:σ z矩 为由矩形分布荷载q产生的地基内部计算深度Z处的附加正应力;σ t 为沉降计算深度Z处的地基自重应力。
6.根据权利要求1所述的软土地区路基施工、运营引起的路基沉降计算方法,其特征在于,所述步骤6具体计算方法为:对于经桩基础加固后的复合地基压缩模量,其计算表达式如式(5)所示:E cs =mE p +(1-m)E s (5)式中:E cs 为复合地基压缩模量;m为复合地基面积置换率;m=A p /A s ,A p 为单桩截面面积,A s 为桩周土体面积;E p 为单桩压缩模量;E s 为桩周土体压缩模量;对于地基存在多种土层时,加固区的平均复合地基模量 计算如下式所示:式中,E cs,t 为加固区第t层复合地层地基压缩模量;t为加固区土层数量。
7.根据权利要求1所述的软土地区路基施工、运营引起的路基沉降计算方法,其特征在于,所述步骤7中如果土层为加固区,则采用复合模量进行计算,其计算表达式如式(7)所示;式中:Δs i 为第i层土的压缩值;ε i 为第i层土的平均压缩应变;Δh i 为第i层土的厚度;Δσ zi 为第i层土上下层面附加应力的平均值;E为地基土体压缩模量。
8.根据权利要求7所述的软土地区路基施工、运营引起的路基沉降计算方法,其特征在于,所述地基土体压缩模量E的取值方法为:对于建造在软土地层上的新建线路路基,其沉降分为加固区和下卧层沉降两部分;加固区荷载作用于桩顶平面,加固区视为模量增大的材料,使用其复合模量E cs ,下卧层使用土的压缩模量E si 。
9.根据权利要求4所述的软土地区路基施工、运营引起的路基沉降计算方法,其特征在于,所述步骤9具体包括:新建线路路基施工期引起的路基沉降包含为路基自重荷载和站台自重荷载引起的沉降;对于施工阶段而言,路基自重荷载q 路基自重 可按照如下式计算:q 路基自重 =γ 路基填料 ·S f /B fl (9)式中,γ 路基填料 为路基填料重度,S f 为路基断面面积,即S f =(B fu +B fl )·h f /2;类似的,站台自重荷载q 站台自重 可按照如下式计算:q 站台自重 =γ 站台混凝土 ·h s (10)式中,γ 站台混凝土 为站台混凝土重度;h f 为路基高度,h s 为站台高度,B fu 为路基上部宽度,B fl 为路基下部宽度;路基自重荷载的中心坐标x 路基自重荷载 =B fl /2,站台自重荷载中心坐标x 站台自重荷载 =B fl /2;在此基础上,式(3)中对应于路基自重荷载和站台自重荷载的应力计算参数分别为:式中,i为第i层计算土层编号,取值从1到n,n为正整数;Δh i 为第i层土的厚度,x为地基内任意计算点x坐标轴的坐标,B fu 为路基上部宽度,B fl 为路基下部宽度,B s 为站台宽度,带中文下标的参数符号表示中文所表示位置处所对应的参数值;然后将式(11)-(12)带入至式(3)中可分别求取路基自重荷载和站台自重荷载引起的地基中土体附加应力σ z,路基自重 ,σ z,站台自重 ,则施工期荷载引起的路基附加沉降Δs i 为:E为地基土体压缩模量,同样,在得到每层的沉降值后,带入式(8)即可得到新增线路施工引起的整个地基的总沉降;式中,n为路基沉降计算总层数,s为路基总沉降值,Δs i 为各分层土体的压缩变形值。
10.根据权利要求4所述的软土地区路基施工、运营引起的路基沉降计算方法,其特征在于,所述步骤11具体包括:新增线路运营荷载引起的沉降;根据设计要求可以计算得到路基左侧和右侧新增线路运营时对应的运营荷载q 运营荷载,左侧 ,q 运营荷载,右侧 ,如式(14)所示,站台运营荷载q 站台荷载 可按设计要求获得;新建路基左侧和右侧运营期荷载,站台运营荷载中心x方向坐标分别为:式中,b q 为矩形分布荷载q宽度,B s 为站台宽度,B fu 为路基上部宽度,B fl 为路基下部宽度,带中文下标的参数符号表示中文所表示位置处所对应的参数值;在此基础上,式(3)中对应于新建路基左侧和右侧运营期荷载,站台运营荷载的应力计算参数分别为:式中,i为第i层计算土层编号,取值从1到n;Δh i 为第i层土的厚度,x为地基内任意计算点x坐标轴的坐标;带中文下标的参数符号表示中文所表示位置处所对应的参数值,B s 为站台宽度,b q 为矩形分布荷载q宽度;然后将式(16)-(18)带入至式(3)中可分别求取新建路基左侧和右侧运营期荷载,站台运营荷载引起的地基中土体附加应力σ z,运营荷载,左侧 ,σ z,站台荷载,右侧 ,σ z,站台运营荷载 ,则运营荷载引起的路基附加沉降Δs i 为E为地基土体压缩模量,同样,在得到每层的沉降值后,代入式(8)即可得到新增线路运营引起的整个地基的总沉降;式中,带中文下标的参数符号表示中文所表示位置处所对应的参数值;式中,n为路基沉降计算总层数,s为路基总沉降值,Δs i 为各分层土体的压缩变形值。