考虑软土地基固结沉降的填砂路堤变形特性分析

第41卷，第1期公路工程Vo1．41．No．12016年2月HighwayEngineeringFeb．，2016考虑软土地基固结沉降的填砂路堤变形特性分析罗婧，申莉(四川交通职业技术学院，四川成都611130)[摘要]通过有限元法建立考虑地基软土固结沉降的填砂路堤变形分析模型，研究了软土地基上填砂路堤的变形规律。通过分析计算对填砂路堤的竖向变形、侧向变形、基底竖向应力分布规律的特性进行研究，得到了填砂路堤的侧向变形、竖向变形的分布规律与影响因素，并讨论变形对各参数的敏感性。[关键词]填砂路堤；变形特性；固结沉降；有限元法[中图分类号]u416．12[文献标识码]A[文章编号]1674—0610(2016)01—0147—05DeformationAnalysisofSandEmbankmentConsideringSoftFoundationC0ns0lidati0nSettlementLUOJing，SHENLi(SichuanVocationalandTechnicalCollegeofCommunications，Chengdu，Sichuan611130，China)[Abstract]BasedontheFEMmethod，thedeformationrulesofthesandembankmentabovethesoftfoundationarestudiedbytheFEManalysismode1．Theverticaldeformation．thelateraldeformationandtheverticalstressonthebaselayerofthepavementarediscussedbytheFEMmethod．Thence．thede．formationrulesandthestressdistributionaredetermined，inaddition，thesensitivityoftheparametersisdiscussed．[Keywords]sandembankment；subgradedeformation；consolidationsettlement；FEMmethod填砂路堤因填料为天然砂，其渗透系数大，堤身O前言自身的固结沉降可迅速完成，故其变形主要表现为填砂路堤的过量变形以不均匀沉降和工后沉降自重作用下堤身自身的压缩变形及地基在柔性路堤为主，是地基和路堤沉降和压缩变形的空间差异在荷载作用下的压密沉陷，对于软土地基上的填砂路路堤顶面的反映，这些变形包括道路纵向不均匀沉堤，应考虑地基固结沉降过程的影响。降、横向不均匀沉降和工后沉降。填砂路堤过大的另一方面，如果在填砂路堤表面发生不均匀沉变形主要来源于路堤自身的变形与地基的沉降变降超出一定范围，其上的路面结构中会产生较大的形。附加力学响应，从而导致路面结构裂缝、路面断板等当填砂路堤横断面上存在自重荷载的变化，导早期破坏现象，使道路的路面使用性能下降，道路的致路堤自身压缩变形和地基固结变形产生的沉降在使用寿命也会大幅缩减。横断面上分布不均。当地基为斜坡地形时，横断面因此，填砂路堤的变形破坏标准应从如下几方上也会存在由于填方高度的不同而产生的不均匀沉面综合考虑：·降。这种不均匀沉降在路堤较高或者地基软弱时比①路堤的稳定性是所有路堤设计都须考虑的较突出，反映到路面结构上，可导致路面结构的损问题，填砂路堤也不例外，必须在确保其稳定性的前坏。提下方可进行填砂路堤变形之分析。前文应用极限平衡法对填砂路堤进行的稳定性计算初步成果已表1填砂路堤变形破坏标准探讨明在最危险方案条件下，填砂路堤的稳定性能满足[收稿日期]2014—10—08[基金项目]土建工程材、料国家地方联合工程实验室开放基金资助项目(LHSYS一2012—006)[作者简介]罗婧(1983一)，女，四川I成都人，讲师，主要从事公路工程的勘察设计及教学工作。 148公路工程41卷相关设计要求。表1变形计算分析参数Table1Deformationcalculationanalysisparamelers②通常路堤的整体沉降不十分显著时，可忽略结构杨氏模量泊松比重度．y／粘聚力c／内摩擦角整体沉降对路面结构产生的影响。关于路基沉降的层位E／MPa(kN·m。)kPa／(。)限值，可参考现行路基设计规范。36．43O．O③路堤不均匀沉降会导致路面结构出现附加3O，0不利力学响应，且路面结构附加应力与路基不均匀平向均约束，初始应力按照K。方式生成，K。=1一沉降量表现为近线性关系，但在给定的路面结构与sinq~，为地基的内摩擦角，然后模拟路基的分步分材料前提下，路基不均匀沉降的限值可通过条件：路层填筑(stagedconstruction)，从底层起，每步填高均基不均匀沉陷引起的附加应力+轮载作用引起的荷为50cm，如有包边土，则假定包边土与填砂部分同载应力<路面结构的材料强度而获得。时在该步填筑完毕，同时假定包边土与填砂，地基等从总体上看，填砂路堤应在保证其稳定性的前各接触面均良好连接。提下，采取各种措施控制填砂路堤不产生过大的整3分析结果与讨论体变形，同时控制路堤顶面的不均匀沉降。3．1填砂路堤变形特性2分析模型表2为不同路基填筑方案。在有包边土时填砂本文取软土地基上填砂路堤的基本计算模型如路堤不同填高的情况下路堤变形如图2所示。图1所示。荷载主要来自路堤本身的自重，地基宽表2路基填筑方案度取为50m，深度为12m，边坡坡度为1：1，路堤填Table2Subgradefillingprograms土高度为6m。～考虑到对称性，取1／2结构进行分析。其中路如基顶加宽为32／2=16m。假定路基与地基的界面，包边土与路基、地基的界面均良好连接。如加如如由分析结果可知：软土地基上的填砂路堤在自重的作用下，路堤本身与地基产生变形，路堤顶面会(b)有包边土形成沉降盆。路堤下的地基是压密沉降变形集中的图1填砂路堤变形计算分析模型区域，在远离路堤处，地基变形较小，在离开路堤坡Figure1Sandfillingembankmentdeformationanalysismodel脚一定位置处，地表出现轻微的隆起。下面分别研计算分析采用荷兰土工平面有限元软件Plax—究地基顶面竖向应力、路堤竖向变形、路堤侧向变形is，该软件由TechnicalUniversityofDelft研发，可进的分布规律。行平面应变和轴对称两类问题的求解，尤其适合于分析不同方案条件下的路堤变形，路堤顶面中变形与稳定计算，已在国内外得到广泛的成功应用。心沉降与路堤坡脚处地基表面水平位移数值大小如采用15节点三角形单元离散模型，选用Mohr表3所示。—Coulomb材料模式，给出了填砂、地基及包边土的对比方案B，A，C，可知将路堤边坡放缓，路堤计算分析参数。重度，粘聚力c和内摩擦角取坡脚处地基表面的水平位移略增加，路堤中心线处值与稳定性分析相同，即采用表1所列参数。计算路堤顶面的竖向位移略减小，但改变幅度甚小；对比参数均通过室内试验与现场试验段的测试获取。方案D，F，A，G，E，可知随着路堤高度的增加，路堤模型取半结构，路基顶宽为33．5／2=16．75m，坡脚处地基表面的水平位移增加，路堤中心线处路模型的左，右边界为水平向约束，底侧为竖直向、水堤顶面的竖向位移亦增加，且后者增加的幅度非常 第1期罗婧，等：考虑软土地基固结沉降的填砂路堤变形特性分析l5l量与填砂的模量有关，对地基进行处理，同时保证填料的压实效果，可以有效的减小路堤顶面的整体沉E降与不均匀沉降。④路堤坡脚位置的水平位移与路堤填高、路堤填料模量、地基土模量有关，合理的确定填高、对地嚣基进行处理、保证填料的压实可有效减小路堤坡脚位置的水平位移。地基土体模量／MPa图lO路堤坡脚水平位移与地基±体模量的关系[参考文献]Figuret0TherelationshipbetweenhorizontaldisplacementandBastianKC，AllemanJE．Mierotox(TM)characterizationoffound—foundationsoilmodulusembankmentfootofthesloperysandresiduals[J]．WasteManagement，1998，l8(4)：227—234．的处理，同时保证填料的压实质量，可以有效的减小[2jJTJ017—96，公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S]．路堤坡脚位置的水平位移。[3]MatsuiTandSanKC．FiniteElementSlopeStabilityAnalysisbyShearStrengthReductionTechnique[J]．Soilsandfoundations，4结语JSSMFE，1992，32(1)：59270．①路基填筑完毕后，在路堤自重作用下，堤身[4]PALane，DVGfiffiths．AssessmentofStabilityofSlopesunderDrawdownConditions[J]．JournalofGeotechnicalandGeoenvir-及地基将产生压密沉降，路基顶面形成沉降盆，路堤onmentalEngineering．2000．下的地基是压密沉降变形集中的区域，在远离路堤]][5]陈越峰，周健，张庆贺．深厚吹填砂港区堆场地基沉降预估方处，地基变形较小，在离开路堤坡脚一定位置处，地法[J]．岩土力学，2007(S1)：828—832．表出现轻微的隆起。路堤顶面会产生一定程度的差[6]李玉岐，周健，孔祥利．洋山深水港区深厚吹填砂地基工后沉异沉降，路堤坡脚处地基的水平侧向位移较大值出降分析[J]．岩石力学与工程学报，2006(s2)：407l一4075．[7]ChengYM，LiL，ChiSC．Performancestudiesonsixheuristic现于地基中部稍靠上位置。globaloptimizationmethodsinthelocationofcriticalslipsurface②对软土地基上的填砂路堤而言，路堤边坡坡[J]．ComputersandGeoteehnics．2007，34(6)：462—484．度、包边土层等对填砂路堤的变形影响较小，而路堤[8]DeseombesX，KruggelF，VonCD．fMRISignalRestorationUsing高度对填砂路堤的影响较大，尤其是会显著影响路aSpatio—TemporalMarkovRandomFieldPreservingTransitions堤顶面竖向沉降，同时随着填高的增加，会使路堤顶[J]．NeuroImage．1998，8(4)：340—349．面差异沉降增加。[9]杨爱武，杜东菊，李佐良，等．考虑中主应力影响的吹填土结构强度研究[J]．水文地质工程地质，2013(2)：30—33．③填砂路堤顶面竖向变形大小，以及不均匀沉[10]孙德安，许志良．结构性软土渗透特性研究[J]．水文地质工降的大小除了与路堤填高有关，也与地基土体的模程地质，2012(1)：81—84．(上接第93页)徐玉野，吴波，王荣辉，等．高温后钢筋混凝土梁剩余承载性能试验研究[J]．建筑结构学报，2013(08)：20—29．体振动特性较差，桥梁整体竖向刚度不满足设计要张鹏，叶茂，徐梅玲，等．基于反力替代的弹性支撑连续梁桥求。自由振动[J]．广州大学学报：自然科学版，2013(06)：36—③桥梁横向分布符合弹性支撑连续梁法的原41．理，荷载作用只对荷载附近的拱片有影响；袁铜森，方志，胡柏学，等．刚架拱桥的典型病害诊断分析与④采用的粘钢板加固效果较好，恢复了桥梁的加固[J]．公路工程，2005(03)：152—156．黄德耕，罗吉智，谭洪河，等．刚架拱桥横系梁加固技术研究使用功能、提高了其承载能力、增加了安全储备。[J]．桥梁建设，2012(06)：45—49．李枝军，李爱群，缪长青．刚架拱桥病害与损伤识别的动力学[参考文献]研究[J]．振动、测试与诊断，2008(04)：387—389+415．[1]吴海军，张炎，张浩，等．刚架拱桥冲击系数探讨[J]．重庆交李万恒，王荣石，李宏江，等．混凝土刚架拱桥综合加固技术通大学学报：自然科学版，2013(S1)：860—863．的研究与应用[J]．公路交通科技，2006(SI)：124—126．[2]张春雨．刚架拱桥的检测与加固技术研究[D]．长沙：中南大学，2010．