1、隨著我國高速公路逐步向多丘多山的中西部地區(qū)延伸,在這些地區(qū)修筑高速公路不可避免地出現(xiàn)了大量填切高度在10~30米的高填方路基,如何有效計算和預測高填方路堤工后沉降,消除路堤沉降所帶來的危害已成為中西部地區(qū)公路建設科技領域的一個重要課題。本文以粘彈性流變理論為基礎,從對路基流變沉降的本構模型入手,主要開展以下研究工作:
　　(1)結合已建和在建的高填方工程實例,就高填方問題產(chǎn)生的原因、表現(xiàn)形式以及導致其流變沉降的因素等問題進行了較為

2、深入剖析,并通過對路基填土的流變性開展室內(nèi)試驗研究,從流變實驗裝置的設計、實驗方案的制訂到流變實驗的實施,形成較為完整的巖土材料室內(nèi)流變規(guī)程,獲得了一系列實驗數(shù)據(jù),為高填方路基沉降計算提供參考。
　　(2)在流變實驗的基礎上對巖土材料流變本構模型的建立進行深入探討,通過對已有流變本構模型的優(yōu)缺點的比較,本文最終選擇了基于分數(shù)階微積分的流變本構模型,并對該類模型中普遍存在的量綱問題進行了探討。通過引入名義松弛時間不僅解決了本構關系中

3、的量綱問題,而且結合流變學中Deborah數(shù),更為深刻地揭示了巖土流變實驗中時間尺度效應,并基于分數(shù)階微積分理論和Mittag-Leffler函數(shù)建立了壓實土的三參數(shù)和四參數(shù)類Maxwell以及四參數(shù)類Kelvin-Voigt流變本構模型,采用含權值的面積判定函數(shù)以及逐點搜索的方式,實現(xiàn)了本構模型參數(shù)的自動辨識。
　　(3)在建立的流變本構模型的基礎上對高填方路堤在填筑過程以及工后的沉降變形問題進行了力學模型抽象,利用彈性半空間在

4、荷載作用應力分布的Boussineq-Flamant解析解,按照彈性-粘彈性對應原理,并采用基于分數(shù)階微積分的流變本構得到了半無限粘彈性空間下的應力分布及位移變化的解析近似解,進而研究了高填方路堤自身的應力分布及變形的解析近似解,最終得到了較為完整的高填方路堤流變沉降的簡化計算公式。
　　(4)基于粘彈性有限元方法,借助大型通用非線性有限元軟件ADINA,通過采用粘彈性材料模式,利用單元生死技術,著重探討了高填方路堤在三維復雜邊界