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》

0 ,建立了软土地区桩柱式路基的精细数 值分析模型,深入研究了桩柱式路基的工作机理和 力学行为 .

1 精细 FLAC数值模拟模型的建立 基于 FLAC V5 .

0 建立的软土地区桩柱式路基 的精细数值分析模型见图

1 .考虑到对称性 ,取1/2 模型进行讨论,其中路基顶面半宽为

12 m , 路堤高 为4m,边坡坡率为

1 .

0 ∶ 1.

5 , 地基分两层, 上层为 厚12 m 的软粘土, 下层为厚

28 m 的淤泥质砂, 地 下水位恰处于地表 .沿路基宽度方向, 地基内布置

7 排桩 ,桩径为 0.

3 m ,桩长为 13.

0 m ,桩的横向、 纵 向间距均为

2 .

5 m ,桩顶位于地基表面,桩底已穿越 上层软粘土层进入到下卧淤泥质砂中, 暂不考虑桩 帽( 托板) ,在桩顶上部 0.

5 m 处埋设一层筋材.视 路堤填土、 地基均为 M ohr-Coulomb 材料 ,其计算分 析参数见表

1 .用pile 单元模拟桩体, 通过选取不 同节段( segment) 合适的切向、法向耦合弹簧参数, 视桩为端承桩( EBP) , 具体参数见表

2 .其中需要 特别指出的是,FLAC V

5 .

0 版本对 pile 单元属性描 述中已内嵌 spacing 选项,可自动实现 pile 单元实际 3D 分布的 2D 等效.用cable 单元模拟筋材,参考文 献[ 9] ,选取其计算参数为: 筋材的厚度为0 .

002 m ,弹 性模量为500 MPa,允许拉伸强度为1

000 kN ・m -1 , 单位长度筋材与路基填土的粘结刚度为20 MN ・ m -1 ,筋材与路基填土的粘结强度为

0 , 筋材与路基填 土的粘结摩擦角为

24 . 8° ,筋材的周长为

2 m . 图1数值分析模型 Fig .

1 Numerical analy sis model 表1土体计算参数 Tab .

1 C alculation parameters of soils 土层类型 孔隙率 n/ % 干密度 ρ /( kg ・ m -

3 ) 排水杨氏 模量 E/ MPa 排水 泊松比 μ 排水粘聚力 c/ kPa 排水摩擦角 φ /( ° ) 膨胀角 ψ /( ° ) 渗透系数 K/( m ・ d-1 ) 水平向 K x 竖直向 K y 填土

30 1

600 60

0 .

30 24

30 0

1 .

200 0

0 .

400 0 软粘土

80 582

5 0 .

45 5

0 0

0 .

000 3

0 .

000 1 淤泥质砂

30 1

620 15

0 .

30 0

32 0

2 .

400 0

0 .

800 0 表2桩单元属性 Tab.

2 Properties of pile elements 节段 弹性模量/ GPa 半径/ m 纵向间距/ m 单位桩长切向/ 法向耦合 弹簧刚度/( GN ・ m -

1 ) 切向/ 法向耦合弹簧粘结 强度/( MN ・ m -

1 ) 切向/法向耦合弹簧 摩擦角/( ° ) 中部

10 0 .

15 2 .

5 0/

0 0 . 0/

0 .

0 0/

0 顶部与底部

10 0 .

15 2 .

5 1/

0 2 . 5/

0 .

0 0/

0 71 第6期蒋鑫, 等: 软土地区桩柱式路基力学行为的数值模拟 计算分析步骤大致如下: 在地下水模式下 ,形成 计算分析网格, 并赋予各部分材料属性, 利用 null 命令将路堤挖除, 调用程序内嵌的 FIS H 函数 IN- INV . FIS 生成饱和软土地基的初始应力状态( 其中 设置水的密度为

1 000 kg ・m-3 , 水的体积模量为

20 MPa) ;

然后关闭地下水模式, 增加水的体积模量 到某合适值,模拟桩柱、 筋材的施加及路堤的分步分 层填筑等 ,并假定路基为不排水填筑,同时设定问题 为大应变模式.路基填筑完毕后 ,在路基表面施加

11 .

5 kPa 的垂直均布荷载以近似模拟路面结构及 车辆荷载 .

2 桩柱式路基力学行为分析 下面就传统土石方路基( 无任何结构物, 包括桩 柱与筋材) 与桩柱式路基的沉降、 路堤坡脚处地基竖 向剖面的侧向位移、 地基内的孔隙水压、 安全系数值 等进行综合比较,并给出桩柱式路基桩柱与筋材内力 的分布,以期对桩柱式路基的工作机理、 力学行为有 更深入的认识.需要指出的是,下文除特殊说明外, 各响应均以路基表面施加等效垂直均布荷载后为准. 图2位移矢量场比较 Fig .