PDF《有限元拓宽路基差异沉降特性和影响因素_有限元》

w idening modes ;

subgrade height ;

compressive modulus Author resumes: Fu Zhen(1976 - ), female, doctoral student , +86 - 29- 83143206, fuzhen524 @ sina. com ;

Wang Xuan - cang(

1956 - ), male, professor , +86 - 29-

82334336 , wxc2005 @sohu. com.

0 引言近年来,随着中国交通建设的迅速发展, 高速公 路拓宽工程越来越多 .然而, 拓宽路基由于新老路 基修建历史、 填料和压实度的差异 ,新老路基顶面将 产生横向不均匀沉降变形.文献[

1 - 2] 对高速公路 拼接段的沉降变形规律进行了分析 ;

文献[ 3- 10] 分 别分析了桥台后高填方路堤工后沉降和高速公路软 基沉降及其影响因素, 而未对拓宽路基差异沉降影 响进行分析.由于公路工程实践的多样性和不确定 性,不同的扩建方式、路基高度 、土基压缩模量等各 种不同工程条件都会引起路基差异沉降 .为了了解 拓宽路基差异沉降对拓宽道路早期破坏的影响 , 本 文以河南安新高速拓宽工程为依托实体, 采用有限 元方法 [ 10] ,研究了拓宽路基差异沉降的特点和主要 影响因素 .

1 差异沉降的模型假设和计算参数

1 .

1 模型假设 公路路基沉降主要由两部分组成 : 地基在路基 自重作用下的固结压缩变形与路基本身的固结压缩 变形 .路基的工后沉降量主要是由地基土的沉降固 结引起,但也不能排除路基本身的次固结变形 ,即土 体骨架发生粘滞蠕变所致 .路基顶面工后沉降为土 基工后固结变形与路基工后自身压缩变形之和.土 基的工后固结变形应用有限元方法模拟计算, 模型 假设如下 . (1)按空间问题考虑 ,进行三维有限元分析. (2)土体为弹塑性材料 , 采用 SO LID-

45 单元 、 空间

8 节点等参元与 Drucker- Prager 模型模拟. (3)新旧路基接触面完全连续 ,且不发生滑移 . (4)地基底面

3 个方向完全约束,地基宽度两侧 水平约束 ,地基和路基沿公路延伸方向水平约束. (5)将新路基当作外部荷载施加到旧路基和土 基上 ,认为只有新路基受重力作用 .

1 .

2 计算参数 安新高速拓宽工程几何参数和计算参数具体如 下: 旧路基宽度为

26 m ,采用双侧拓宽方式 ,每侧拓 宽8m,边坡为

1 ∶1.

5 , 路基高度取

4 m , 计算长度 (沿公路延伸方向)取1m,计算参数参考安新高速 改扩建工程地质勘察设计资料 ,见表

1 . 表1计算参数 Tab.

1 Calculation parameters 类别 密度 / (kg m - 3) 压缩模量 / MPa 泊松比 摩擦角 / ( ° ) 粘聚力 / kPa 旧路基

1 800

50 0 .

35 25

25 新路基

1 800

40 0 .

35 25

25 旧土基

1 800

15 0 .

35 20

25 新土基

1 800

4 0 .

35 15

25 2 差异沉降特点分析 从有限元模型计算结果来看 , 新路基沉降大大 高于旧路基沉降, 沉降峰值出现在新路基路肩附近, 旧路基中心线处沉降量最小 .在旧路基中心和旧路 肩边缘处沉降差异较小 , 新旧路基衔接处和新路基 路肩处的差异沉降较大 .造成这种差异的原因主要 是由于旧路基较宽(26 m),而每侧拓宽才

8 m ,新路 基对旧路基的作用力影响不到旧路基中心 ,或者影 响很小 ;

而中间新旧路基衔接段由于旧路基边坡各 点高度渐变的原因, 旧路基边坡上方新路基填土高 度不一 ,因而沉降变化较大;

若道路拓宽宽度较大, 而路基填土高度较低 , 则旧路基坡脚线与新路基路 肩边缘有一定距离, 在此距离内新路基的填土高度 是定值 ,均为路基填土高度 ,则沉降值趋于相同 . 图1拓宽路基沉降分布 Fig.