桩承式加筋路堤时效性分析

桩承式加筋路堤时效性分析摘要：桩承式加筋路堤工程的长期运营中发现一些问题仍然存在，如工后沉降和不均匀沉降仍显著、路堤局部失稳等。然而，现阶段在考虑时间效应的桩承式加筋路堤长期性能方面的研究较少。本文采用PLAXIS有限元软件建立桩承式加筋路堤流固耦合模型，通过模拟路堤的分步填筑及固结计算分析步时间的控制，对桩承式加筋路堤进行了时效性分析。模拟结果表明：在路堤填筑过程中，随着填筑高度的增加，其超孔隙水压力逐渐增大，路堤沉降逐渐增大，坡脚处侧向位移呈线性增大；路堤填筑完毕后，超孔隙水压力随着时间的增长逐渐消散，路堤工后沉降逐渐增大，路堤侧向位移小幅减小。关键词：桩承式加筋路堤；时效性；数值模拟；流固耦合中图分类号：O241文献标识码：A6 桩承式加筋路堤可有效的减小路堤沉降和不均匀沉降、提高路堤承载力，施工方便，在工程实践中已被广泛运用[1]。但是，在桩承式加筋路堤工程的长期运营中发现，一些问题仍然存在于该技术的工程应用中，如工后沉降和不均匀沉降仍显著等。尤其是对于填筑在高压缩性土上的路堤，上述病害显得更为严重。因此对桩承式加筋路堤全寿命周期性能的研究显得十分必要。目前，国内外学者已通过大量的现场试验[2]、室内模型试验[3]、数值模拟[4]和理论分析[5]等方法，对桩承式加筋路堤进行了系统的研究。然而对于考虑时间效应的桩承式加筋路堤的长期性能方面的研究较少，需要对其作用机理进行更深入的研究。因此，为研究考虑时间效应的桩承式加筋路堤长期性能，并以此进一步揭示其作用机理，本文将采用岩土工程专业软件PLAXIS建立桩承式加筋路堤数值分析模拟。模型将考虑水土耦合特性，分析桩承式加筋路堤固结过程中沉降、侧向位移，对桩承式加筋路堤进行时效性分析。1数值建模本文以十（堰）漫（山关）高速公路某一桩承式加筋路堤试验段为研究对象。该试验段土层分布自上而下主要包括冲填土、软黏土、粉质黏土和风化片岩四层，其中冲填土在施工过程中已全部清除。如图1所示，根据现场工况建立高度为6.0m，路堤顶面宽度为24.0m的桩承式加筋路堤数值分析模型，坡率取为1:2，中粗砂垫层厚0.5m，筋材铺设在砂垫层中间。桩墙布置如图2所示。6 路堤填土以及地基土均采用Mohr-Coulomb准则，桩墙及筋材则采用线弹性模型。计算模型采用PLAXIS中的15节点三角形高精度单元，模型中的界面则采用5对节接触单元。在界面处设置接触单元，反映筋材与土体、桩与土体之间的相互作用，界面强度折减系数Rinter取值为0.8。筋材的抗拉刚度为86MN/m，桩、砂石垫层及土层的物理参数见表1和表2。数值模拟中，分别在路堤坡脚处及地基底部中心点处设置监测点A和B，以监测不同时间状态下这两点的位移和应力等的变化情况。图1数值模拟计算模型（单位：m）表1数值模拟桩体计算参数图2桩墙布置示意图路堤填筑过程分为6个阶段。每个阶段填筑1m，填筑周期为10天，其中第一个阶段与砂石垫层一起填筑，填筑时间为15天，路堤填筑过程为65天。路堤的工后固结时间为430天。2数值模拟计算结果2.1超孔隙水压力分布规律图3~图4为不同工况下超孔隙水压力分布规律。路堤填筑过程中，随着路堤填筑高度的增加，最大超孔隙水压力逐渐增大，并且最大值由底部中心处向上转移。6 图3路堤填土加载完毕后超孔隙水压力分布规律图4工后430天超孔隙水压力分布规律2.2超孔隙水压力分布图5为随着时间变化监测点B点处超孔隙水压力变化曲线。路堤填筑过程中，超孔隙水压力逐渐增加，填筑前35天增速较快，至400天时基本消散完毕。图5监测点B处超孔隙水压力随时间变化规律2.3最大沉降如图6所示，路堤最大沉降随着时间的增加而增加。路堤填筑过程中，路堤的沉降变化较大，工后250天后路堤固结沉降基本完成。工后沉降主要集中在工后180天的时间内。图6路堤最大沉降随时间变化曲线2.4坡脚处侧向位移图7为坡脚处侧向位移随着填筑过程及工后时间的变化曲线。由图7可知，坡脚处侧向位移随着填筑时间的增加而线性增加。填筑完毕时侧向位移达到最大值，为23.07mm。图7坡脚处侧向位移随时间变化曲线3本章小结6 本文采用岩土工程专业软件PLAXIS对桩承式加筋路堤进行数值模拟，考虑流固耦合特性，分析了桩承式加筋路堤固结过程中沉降、孔隙水压力等随着时间的变化趋势。得到以下结论：1、在路堤填筑过程中，随着填筑高度的逐渐增加，超孔隙水压力随之逐渐增大。路堤填筑完毕后，超孔隙水压力随着时间的增长逐渐消散。2、随着路堤填筑高度的增加，路堤沉降逐渐增大。路堤填筑完毕后，随着超孔隙水压力的消散，路堤工后沉降逐渐增大。参考文献[1]HanJ,GabrMA.Anumericalstudyofloadtransfermechanismsingeosyntheticreinforcedandpilesupportedembankmentsoversoftsoil[J].JournalofGeotechnicalandGeoenvironmentalEngineering,2002,128(1):44-53.[2]郑俊杰,张军,马强.路桥过渡段桩承式加筋路堤现场试验研究[J].岩土工程学报,2012,34(2):335-362.[3]VanEekelenSJM,BezuijenA,LodderHJ,etal.Modelexperimentsonpiledembankments.PartI[J].GeotextilesandGeomembranes,2012,32,69-81.6 [4]ZhangJ,ZhengJJ,ChenBG,etal.Coupledmechanicalandhydraulicmodelingofageosynthetic-reinforcedandpile-supportedembankment[J].ComputersandGeotechnics.2013,52:28-37.[5]ZhangJ,ZhengJJ,MaQ.MechanicalanalysisoffixedgeosynthetictechniqueofGRPSembankment[J].JounalofCentralSouthUniversity,2013,20:1368-1375.6