加筋高填方路堤沉降和稳定性数值模拟分析-论文.pdf

加筋高填方路堤沉降和稳定性数值模拟分析胡超宋智勇摘要：高填方加筋路堤是高速公路铁路建设中最常见的3．建立模型路堤结构形式，但其沉降规律和稳定性研究是一个相当复断面的剖面近似图如图1所示，对应实际断面，本文所建杂的工程问题。本文以河北省某高速公路高填方路堤工程立模型如图2，上部表示路堤填方外形，下部长方形为路堤的为背景，依据高速公路高填方路堤的工程技术特点，借助于填土垫层及路基。路堤高16m，其中第一级高6米，第二级FLAC一3D有限差分软件建立数值模型进行模拟分析，从总变高10米，上部路堤坡比是1：1．5，下部路堤坡比是1：1．75，路形量、竖向位移、水平位移等角度研究了高填方路堤在加筋和堤顶面宽度为28米，选取的路基计算高度为2O米。为模拟未加筋状况下的路堤稳定性及沉降变形。施工过程的方便，网格单元采用边长为1米的正方形，在软件关键词：高填方路堤加筋路堤数值分析模拟中，也模拟施工过程每1米填土一次。实验现场布置三个沉降观测板分别在图1中的位置1、2、一3，并且在1至12位置设置12个监测点，分别布置十二个压、加筋路堤结构有限元模型1．本构关系的选取及基本假设力检测盒，每个检测点都能随时获得竖向应力。课题组人员土体的本构模型有数种，本文通过室内土体的参数测定实验在施工期每隔2至4天对沉降和压力盒进行一次监测，并如及土工格栅的直剪实验测得施工现场土体及土工格栅的性能实记录数据。参数并参阅大量文献，采用摩尔一库仑模型进行模拟及数值在实际工程中，每次填土的高度在0．3米到O．5米之间，分析。并根据实际情况在建模分析中，进行了如下几点假设：平均三次填土高度在1米左右，在软件模拟时，为了计算快(1)因为路堤的纵向长度是足够的，所以可以按平面应变捷，采用每一米模拟一次填土，待其每层土达到软件默认的平问题来处理：衡条件时再进行下一层土的填筑，故软件共进行16次计算，(2)相对于路堤中心线的左右是完全对称的，所以可以取具体数值模拟过程如下：一半进行模拟计算：(1)建立基本模型，输入试验所得土体参数：(3)不考虑温度的变化以及孔隙水压力对土体的影响；(2)计算模型自重应力，并将位移置为零；(4)由于目前工程上未竣工通车，所以不考虑通车后汽车(3)加入土工格栅，并输入其参数；荷载等对路堤的影响。(4)编制摩尔库伦模型语言：2．土体计算参数和土工格栅力学特性指标(5)编制分级加载FISH语言：模拟实际工程：表1计算参数(6)整理数据并画出沉降图、应力图等。图3显示，以路堤与地基交界线和路堤中心线交点为中心，侧向长半径为7米，竖向短半径为4米的类似椭圆形的区域内，其竖向沉降量最大，在这个沉降集中区域内，平均沉降量达到20厘米左右，与前文现场监测结果相差在1O％以内。图4显示，与路堤对应的竖直下方，以路堤中心线为对称的区域竖向压力最大，达150kpa左右，与前文现场检测结果容重⋯E膨胀角量，MPaC，kPa角，相差在10％以内，所以，此模型可以模拟实际工程。19．031．40_3515300二、有无格栅商填方路堤模拟数值分析为说明加筋高填方路堤在沉降和稳定性方面的提升．笔者分别建立在高填方路堤中铺设土工格栅和未铺设土工格栅两种模型，并模拟现场施工的填筑过程，对填筑完成后的模型进行了对比分析．探讨了加筋对高填方路堤的影响。未加筋高填方路堤模型已在图2中给出，加筋高填方路堤计算模EG30300．330／3010．521．0聚丙烯(PP)型如图5所示。双高强钢丝向Gsz3o_由图6和图7可以看出，未加筋路堤与加筋路堤的整体0330／302745和聚乙烯30变形趋势是相同的，但是加筋后的路堤变形总量变化更均匀，PE而且变形总量最大值比未加筋路堤减少了将近三分之一。这堕TGDG80O．4802648聚丙烯(PP)说明加筋路堤通过筋土界面的作用起到了是路堤稳定的效向果。一78— 水泥混凝土路面早期病害及防治措施崔红亮王洁摘要．TK泥混凝土路面作为一种高级路面结构形式川，具正常使用年限，提前出现开裂与断板现象。有强度高、稳定性好、材料易得、有利于环保、耐久性好、使用(2)施工方面寿命长养护费用少、经济效益高、有利于夜间行车等优点。正混凝土混合料的配合比不当，使用的材料与设计要求差是基于以上优点，水泥混凝土路面在公路工程中得到广泛应异大，混凝土产生碱集料反应或抗冻融性差等问题，会使路面用。但从全国已修筑的水泥混凝土路面使用情况来看，病害板产生开裂和断板。发生严重，且损坏后维修、养护的难度和工程量较大。如不及(3)使用方面时修复，开裂、破损面将进一步扩展，影响行车的安全、舒适性由于交通运输业的迅速发展，路面上大Ⅱ屯位车辆逐年增及行车速度。因此，研究水泥混凝土路面产生病害的原因及多，很多公路上车辆实际荷载超出路面设计计算标准轴载很相应的维修对策，具有十分重要的现实意义】。笔者着重分多，致使路面结构承载力相对不足。所以超重车的增加也是析研究了水泥混凝土路面断裂、错台、唧泥现象的成因及防治水泥混凝土路面使用期开裂和断板的主要原因。措施。2．错台成因关键词：混凝土路面病害成因防治措施一方面，填缝料的丧失，会造成路面水的渗入，在车辆荷载的作用下，产生唧泥，随着唧泥的连续不断发生，路基游离一、水泥混凝土路面常见病害及其成因土被不断带走，路基表面标高不断降低，产生错台。另一方面，1．断裂成因路基若处理不好，如压实程度不一致，则会随着通车时间的增(1)设计阶段长，不均匀沉降和变形也会增加，从而产生错台。此外，以下a．排水设计不当。如路基和基层排水不良，长期受水浸原因也可造成错台：泡，引起路基失稳或强度下降，或在行车荷载作用下产生冲(1)、下部嵌缝板与上部缝隙未能对齐，或胀缝两侧混凝土刷、卿泥，荷载作用时混凝土路面板处于不利的受力状态，路壁面不垂直，是缝旁两板在伸胀挤压过程中，会上、下错开而面易产生不规则断裂。路基裂隙水或边沟水等渗入路基、底形成错台：基层和基层，冬季冻胀时使路面产生纵向开裂。(2)当交通量或基础承载力在横向个幅板上分布不均匀，b．板块平面尺寸设计不当。水泥混凝土路面直接暴露在各幅板沉降不一致时，都会导致错台；大气之中，一年四季甚至每一昼夜中大气温度、湿度周期性的(3)地面水通过接缝渗入基础使其软化，或者接缝传荷能变化，都会使得混凝土路面板在不断的伸缩和翘曲中处于拉力不足，或传力效果降低时，都会导致错台。应力和压应力的反复交替作用状态。混凝土板越长，板内温3．唧混成因度应力就越大。如设计的板过长或长宽比例不当，温度应力水泥混凝土路面唧泥是由车辆荷载作用下，面板接缝、裂超出容许范围，路面板即产生开裂和断板。缝和板边下部产生的水和细粒土混合物的强制性位移造成C路面厚度设计偏薄。设计时交通量调查不准，路基、底的。它的产生原因是水泥面板直接铺筑在细粒高压缩性土和基层、基层的弹性模量等参数选用不当等原因致使混凝土板易冲刷的基层上产生的，唧泥往往是错台、断板、接缝附近断设计厚度偏薄，在实际使用中，路面使用寿命就会缩短，超重板等病害的诱因。载车辆造成混凝土板块疲劳，大大缩短了水泥混凝土路面的·￡E·!EE·芒．蔓E·E·E·!EE·SE·E·E·iE·芒．要E·＆··E·E三、结论(河北工业大学土木工程学院；2014．5)本文主要通过运用Flac一3D软件对-．f~L某山区高度公路高填方路堤进行了数值模拟分析，从总变形量、竖向位移、参考文献水平位移等角度研究了高填方路堤在加筋和未加筋状况下的[1】中华人民共和国行业标准．公路路基设计规范qWJ路堤稳定性及沉降变形。发现高填方路堤在路堤中部的沉降013—95)．人民交通出版社，1996．变形最大，在路堤边缘沉降变形较小。路堤整体变形以竖向[2】欧阳仲春．现代土工加筋技术．人民交通出版社，1991．变形为主，水平位移最大处多出现在边坡坡脚处。通过数值『31杨果林．现代加筋土技术应用与研究进展．力学与实模拟发现加筋对于高填方路堤变形及稳定性的影响不是很明践．2002．1显但是的确起到了一定作用。随着筋才的加入，可以抑制高【4】杨钧．迟景魁．曹正康等．新型土工材料与工程治填方路堤的竖向位移和水平位移，控制路堤的最大沉降量，同理．中国建筑工业出版社，1998时减少了边坡向路堤外侧的侧向位移，增强了路堤的整体稳[5】汪承志．加筋陡坡的数值分析与试验研究．重庆交通定性。学院．2005—81—