PDF《陈仁朋软土地区桩柱式路基力学行为的数值模拟_陈仁朋》

第7卷第6期2007 年12 月交通运输工程学报Journal of T raffic and Transportation Engineering Vol.

7 No.

6 Dec.

2007 收稿日期 : 2007-05 -12 基金项目 : 中国博士后科学基金项目( 20060390654) 作者简介 : 蒋鑫(

1976 -) , 男 ,湖南永州人 , 同济大学博士后 , 从事路基路面工程研究. 导师简介 : 凌建明(

1966 -) , 男 ,浙江湖州人 , 同济大学教授 , 工学博士 . 文章编号 : 1671-1637( 2007)

06 -0070 -06 软土地区桩柱式路基力学行为的数值模拟 蒋鑫,凌建明 ( 同济大学 道路与交通工程教育部重点实验室, 上海 200092) 摘要: 以快速拉格朗日有限差分法程序 FLAC 为平台, 建立软土地区桩柱式路基的数值分析模 型,研究了桩柱式路基的力学行为 .分别用桩单元 、 绳索单元模拟桩柱、筋材, 分析了路基的沉降、 侧移 、 孔压与稳定特性,及桩柱 、 筋材的内力分布, 比较了桩柱式路基与传统土石方路基的特点 ,对 桩柱 、 筋材 、 路堤与地基的设计参数对路基沉降和地基侧移的影响进行敏感性分析.分析结果表 明,桩柱式路基表面的最大沉降、差异沉降仅为传统土石方路基的

1 .

48 %、1 .

40 %, 地基侧移仅为 传统土石方路基的

0 .

88 %, 因此 ,桩柱式路基力学行为优良. 关键词: 路基工程;

桩柱式路基 ;

软土;

力学行为 中图分类号 : U416 .

1 文献标识码 : A Numerical simulation of mechanical behavior for pile-column- supported subgrade over soft ground Jiang Xin , Ling Jian-ming ( Key Laboratory of Road and Traffic Engineering of Ministry of Education , Tongji University , Shanghai 200092, China ) Abstract: Based on FLAC( fast Lagrangian analysis of continua)of 2D explicit finite difference method , a numerical simulation model w as established to investigate the mechanical behavior of pile-column-supported subgrade ( PCSS ) over soft ground .Pile , column and reinforcement geogrid w ere modeled by using pile elements and cable elements respectively , the surface settlement , ground lateral displacement , pore w ater pressure, stability of the subgrade w ere studied , the internal force distributions of pile , column and reinforcement geogrid w ere analyzed , the characteristics of PCSS and traditional subgrade w ere compared , and the influences of design parameters for pile, column , embankment , reinforcement geogrid and foundation on subgrade settlement and foundation lateral deformation w ere studied . Analysis result show s that compared with traditional subgrade , the ratios of the maximum surface settlement , differential settlement of subgrade, the maximum lateral deformation of foundation are

1 .

48 %,

1 .

40 % and 0.

88 % respectively , so the mechanical behavior of the subgrade is better .

2 tabs ,

11 figs ,

10 refs . Key words: subgrade engineering ;

PCSS ;

soft ground ;

mechanical behavior Author resumes: Jiang Xin( 1976-) , male , EngD , +86-21-65981431 , xjiang01 @163 . com ;

Ling Jian-ming( 1966- ) , male, EngD , professor , +86 -21-65981431 , jmling01 @ yahoo . com . cn .

0 引言作为一种新型路基结构, 桩柱式路基由桩柱、桩帽( 或托板) 、 筋材及加筋垫层 、 路堤填土 、 ( 软土) 地 基等组成,其中桩柱为竖向刚性增强体,筋材为水平 向柔性增强体.桩柱式路基的出现突破了路基工程 纯粹是土石方工程的传统观念 , 给软土地区上承结 构( 路面、轨道或道面) 提供了一种可靠性高, 变形量 小,稳定性和耐久性强的基础 ,从而满足上承结构对 路基的变形要求 ,实现地面交通重载、 快速和零维修 的目标.目前桩柱式路基已在国内杭甬高速公路拓 宽工程[ 1] 、 遂渝无砟轨道综合试验段[ 2] 等工程中得 到成功应用,但其力学行为的研究尚欠深入. 因桩柱式路基是复合体系,构造相对复杂,部分 研究者尝试采用解析法求解[ 3-7] ,但需作出大幅度的 简化假设,其公式推导仍相当繁琐.作为分析桩柱式 路基力学行为的有效工具 ,计算机数值模拟日益受到 重视[ 8-10] ,但以往分析仍显得相对粗糙,主要表现如下. ( 1) 现有分析多集中于平面分析( 平面应变模型 或轴对称模型) ,需要通过置换率相同与刚度等效等 办法实现三维问题的平面化. ( 2) 桩柱式路基多用于深厚软土地区,并可实现 快速施工 ,但目前分析尚无随着路基填筑、 软土地基 内孔隙水压的变化规律的相关报道 . ( 3) 现有分析对桩柱 、 筋材的受力特性与内力分 布关注较少. ( 4) 部分研究者忽略了饱和软土地基的初始应 力状态、排水状况、可能的大变形效应与土-结构相 互作用等仿真计算的重要技术细节 .考虑到目前进 行3D 数值计算的机时成本, 本文仍假定桩柱式路 基为平面应变问题, 运用美国 ITASCA 咨询集团公 司开 发的快速拉格朗日有限差分法软件FLAC V5.