上填路堤渗流破坏有限元分析.pdf

Vol.41，No.2第41卷第2期April，2015SichuanBuildingMaterials2015年4月上填路堤渗流破坏有限元分析王琦,张玉,王桃桃,刘洁(西安工业大学北方信息工程学院,陕西西安710200)摘要:季节性冻土地区,自然条件复杂,排水条件ATIME：1.000D较差,水分的迁移是路基强度改变、承载力变化和路基变IPRESCRIBEDNTEMPERATURE形的主要原因。本文运用ADINA有限元模拟不同工况下路ATIME1.000基渗流分布规律,并主要对有无盲沟、改变盲沟尺寸及渗11.61透系数进行了重点模拟。总结出路堤内部渗流场分布规律及路基内部改进排水的具体措施。关键词:季节性冻土;路基;渗流场有限元法;排水;图1素土路基ADINA模型ADINA2)控制水头高度在边沟底如图2所示。+中图分类号:U416．12文献标志码:BATIME:1.000文章编号:1672-4011(2015)02-0042-02DIPRESCRIBEDDOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2015.02.021NTEMPERATUREATIME1.0001ADINA简介11.61ADINA的最早版本出现于1975年,在K.J.Bathe博士的带领下,由其研究小组共同开发出ADINA有限元分析图2素土路基ADINA模型软件。ADINA的含义是AutomaticDynamicIncrementalNon-linearAnalysis,为动力非线性有限元分析。ADINA除了求3．2有盲沟路基模型的建立(见图3)解线性问题外,还具备分析非线性问题的强大功能,包括ATIME：1.000求解结构以及涉及结构场之外的多场耦合问题。增量法是DPRESCRIBEDITEMPERATURE数值求解非线性物理问题的基本方法,对非线性物理问题,NTIME1.000A计算解逼近真实解的过程是通过控制增量逐步实现的。11.61ADINA在道路工程中的应用主要集中在如下几个方面:地基沉降分析、复合地基特性、地基承载力计算、冻土(膨胀土)地基、车(飞机)轮与道路的接触受力分析等等,具图3盲沟路基ADINA模型有非常广泛的应用。4计算结果及分析2渗流模拟方法4．1素土路基不同水头高度的比较本文利用渗流方程与温度方程相同的原理,用温度场图4~5为素土路基不同水头高度总水头云图,在一定求解方法,采用热传导单元来求解渗流问题得到渗流速度水头高度下,水头压力从进水口到坡脚依次递减。不同水和浸润面的形状。头高度下,水头高度加大时,在边沟、左路肩、路中线、通过对不同工况下路基流场分布情况的分析,总结得右路肩的水头压力大,对左路肩造成很大冲击。因此水头到水对路基稳定的影响和排水型式及设置方式。压力较大时,要降低进水口方向的总水头压力以削减对左3计算模型的建立及参数取值路肩的破坏。因此水头高度越高,路基中的水位越高,对路基的稳定性越不利,要采取措施降低路基中的水位。路基内部流场是一个较复杂的问题,计算模型尺寸及TOTAL_HEAD边界条件是建立在现场实测的基础上,参数的选取是结合ATIME：1.000TIME1.000室内模型试验选取的。D10.40I8.80根据不同的工况选择合适的边界条件及渗流方程,来N7.205.60A4.00模拟不同工况下路堤渗流规律,观察不同的工况下路堤渗2.400.80流的应力应变情况。MAXMUM△11.61NODE26013．1素土路基模型的建立MJNJMVM*-1.192E-07NODE816(8.529E-14)1)控制水头高度在边沟之上如图1所示。图4素土路基水头高度加到边沟底部———总水头图作者简介:王琦(1986-),女,山东青岛人,硕士研究生,助教,研究方4．2相同水头高度下有无盲沟的比较向:岩土工程。图6~7为相同水头高度下,素土路基和有盲沟路基的基金项目:西安工业大学北方信息工程学院院长科研基金(Y1330)总水头云图。无论有盲沟路基还是素土路基,水头压力从·42· 第41卷第2期Vol.41，No.22015年4月SichuanBuildingMaterialsApril，2015进水口到坡脚依次递减。在相同水头高度下,有盲沟路基ATIME：1.000DTOTAL_HEAD的总水头云图和等势线图,在边沟、左路肩、路中线、右ITIME1.000N路肩、坡脚处的水头压力比素土路基的小。因为盲沟的渗A180.8.4007.20透系数比素土大,水大部分从盲沟排出去,有效地降低了5.604.002.40路基中的水位。0.80MAXMUM△11.61ATIME：1.000NODE8206DMJNJMVMTOTAL_HEAD*-4.396E-07INODE12916TIME1.000(-3.118E-12)NA10.408.807.205.60图9盲沟-10倍渗透系数———总水头图4.002.400.804．4盲沟相同渗透系数不同尺寸的比较MAXMUM△11.61NODE5772图10~11为相同水头高度下,相同渗透系数不同尺寸MJNJMVM*0.000盲沟路基总水头云图。在一定水头高度下,两种情况路基NODE10141中的水头压力都是从进水口到坡脚依次递减的。不同的是图5素土路基水头高度在边沟之上———总水头图在路基各部位,1．5m盲沟路基各部位的水头压力比0．8m盲沟的小。加大盲沟尺寸有利于降低路基中的水位,有利ATIME：1.000于保证路基的稳定性。DITOTAL_HEADNTIME1.000ATIME：1.000DTOTAL_HEADA10.40ITIME1.0008.80N10.407.20A8.805.607.204.005.602.404.000.802.400.80MAXMUM△11.61MAXMUMNODE5772△11.61MJNJMVMNODE8206*0.000NODE10141MJNJMVM*0.000NODE11956图6素土路基水头高度在边沟之上———总水头图ATIME：1.000TOTAL_HEADDTIME1.000图10盲沟-0．8m———总水头图IN10.40A8.80ATIME：1.000TOTAL_HEAD7.205.60DTIME1.0004.00I20..4800N10.408.80MAXMUMA7.20△11.615.60NODE820642..0400MJNJMVM0.80*0.000NODE11956MAXMUM△11.61NODE12946MJNJMVM*-0.0006540图7盲沟———总水头图NODE274364．3盲沟相同尺寸、水头高度,不同渗透系数的比较图11盲沟-1．5m———总水头图图8~9为相同水头高度下,相同尺寸不同渗透系数盲沟路基总水头云图。在一定水头高度下,两种情况路基中5结论的水头压力都是从边沟、左路肩、路中线、右路肩、坡脚依次递减的。但在路基各部位,盲沟10倍渗透系数的路基通过数值模拟对于季节性冻土地区,有效控制路基变云图和等势线图水头压力比盲沟1倍渗透系数路基的小。形要多设置盲沟。保持路基排水通畅和路基稳定。建议采从进水口到左路肩不是很明显,从左路肩到右路肩就很明用渗透系数大的砾石作为盲沟用料;在条件允许的情况下,显了。表明了渗透系数加大,有利于盲沟排水,有利于提尽量加大盲沟尺寸;在考虑经济条件下,尽量多设置横纵高路基的稳定性。向盲沟。[ID:001816]参考文献:ATIME：1.000TOTAL_HEADDTIME1.000I[1]朱明,宋珲,钟卫.季冻地区路基中的水分迁移机理及处理措施N10.408.80[J].路基工程,2007,25(1):63-64.A7.205.60[2]张喜发,辛德刚,张冬青.季节冻土区高速公路路基土中的水分4.002.400.80迁移变化[J].冰川冻土,2004,26(4):454-460.MAXMUM△11.61[3]徐祖,王家澄,张立新.冻土物理[M].北京:科学出版社,2001.125-145.NODE8206MJNJMVM[4]何平,程国栋,朱元林.土体冻结过程中的热质迁移研究进展*0.000NODE11958[J].冰川冻土,2001,23(1):92-98.[5]王铁行.多年冻土地区路基计算原理及临界高度研究[D].西安:长安大学,2001.图8盲沟-1倍渗透系数———总水头图[6]刘祖典.黄土力学与工程[M].西安:陕西科学技术出版社,1997.·43·