考虑新老路基相互作用的软基高速公路拓宽变形性状分析.pdf

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1、第29卷’第5期长江科学院院报V01．29No．52012年5月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteMay2012文章编号：1001—5485(2012)05—0032—08考虑新老路基相互作用的软基高速公路拓宽变形性状分析姜景山(1．长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室，武汉430010；2．河海大学岩土工程研究所，南京210098)摘要：通过弹塑性有限元数值模拟，分析了软基条件下考虑新老路基相互作用的高速公路拓宽变形性状。计算结果表明：①新路基填筑使路基

2、沉降呈现老路中心沉降小、拓宽路基沉降变形大的反盆形分布形式；②随填土高度的增加，路基沉降增大，路基顶部最大沉降点逐渐外移，在新路基顶面相对位置由新路基中心向新路基路肩移动；③随着路基加宽宽度的增大，路基沉降增大，新路基最大沉降点逐渐外移，在新路基顶面相对位置由新路基路肩向新路基中心移动；④新路基预压期越长，路基工后沉降越小；⑤新路基填筑速率越大，路基工后沉降越大。深入了解加宽路基的沉降变形性状，有助于确定合理的软基处理和路基拼接方案，为路基拼接优化处理提供参考。关键词：软土地基；路基；高速公路；拓宽工程；拼接；沉降变形；

3、Jk平位移；固结中图分类号：TU411文献标志码：A实际上拓宽工程的沉降变形性状与新老路基的相互作用密切相关，原因在于新老路基的差异沉降1研究背景主要来源于：早期修建的高速公路受当时经济水平、建设思(1)新老路基作用下地基固结历史的差异。老想的制约，绝大多数为双向4车道，随着国民经济的路地基固结基本完成，新路地基在路基荷载作用下高速增长，部分4车道高速公路已经不能满足日益产生较大变形。增长的交通流量需求，制约了社会经济的发展，因(2)新老路基自身压缩变形的差异。老路基在此，迫切需要扩大道路通行能力，提高道路服务水长期运营

4、荷载作用下压缩变形基本完成，而新路基平，即对原有高速公路进行拓宽改建。在拓宽结束后仍发生较大的变形。软土在我国东部沿海地区分布广泛，在软土地(3)新老路基结合部强度不足。路基结合部强基上进行高速公路拓宽改建时，由于老路基已基本度不足不仅产生不协调变形，导致路基结合处路面沉降稳定或剩余沉降量较小，新路基和地基沉降刚损坏、开裂，甚至发生错台及整体失稳。刚开始，新老路基不可避免地产生较大的不协调变因而，新老路基的差异沉降主要取决于新老路形(即差异沉降)，因而深入研究新老路基差异沉降基的相互作用，目前高速公路拓宽设计中，较少考虑

5、对高速公路拓宽具有重要意义¨。新老路基相互作用，相关的分析研究也不多，常用设目前，在拓宽路基沉降变形性状方面，国外由于计软件也较少考虑这种影响。实际上新老路基间不设计规划比较超前，较少有大规模的公路拓宽改造可避免地存在相互作用，且对路基变形性状影响程工程，相关的研究也相对较少，相比之下国内的研究度也不容忽视，主要体现在：较多一些。在理论计算方面，一般采用分层总和法，(1)老路基对新路基传递下来的荷载起到一定由于拓宽工程影响因素复杂，简化计算方法难以反的应力扩散作用，改变了新路基荷载在地基中产生映实际沉降性状，相关的研究开

6、展得也较少J。的附加应力；数值模拟方面，有限元法由于能模拟复杂的边界条(2)老路基在长期运营荷载作用下地基土性质件和计算工况，在拓宽路基沉降变形分析中得到了得到改善，必然对新路基荷载引起的沉降变形产生较多的应用，但研究成果中对新老路基的相互影响。作用机理及相关影响因素阐述得相对较少。因此，深入分析新老路基的相互作用对于有效收稿日期：2011一o4—30作者简介：姜景山(1978一)，男，安徽青阳人，工程师，主要从事地基和路基处理方面的研究，(电话)027—82820026(电子信箱)j．s．jiang@163．collt

7、。第5期姜景山考虑新老路基相互作用的软基高速公路拓宽变形性状分析33控制新老路基差异沉降，合理选择和优化地基处理和路基拼接方案具有重要的工程意义。2模型的建立图215节点三角形单元Fig．2Triangleelementwith15nodes2．1模型尺寸和边界条件2．3本构模型我国已拓宽高速公路中以双侧加宽为主要拓宽本构模型选择方面，考虑到摩尔一库伦模型的形式，参考《公路工程技术标准》(JTGB01_2003)参数一般可从地质勘察资的规定，老路基顶面宽度取为26．0m，路基高度料中直接获得，避免了模型4．0m，单侧加宽

8、1个车道时新路基顶面宽度取参数选取随意性造成计算4．25m，单侧加宽2个车道时，新路基顶面宽度取结果与实际性状间较大的8．25m，新、老路基边坡坡度均为1：1．5。误差。同时摩尔一库伦模根据路基的对称性，取一半进行计算，模型简化型在岩土工程中应用广泛，图3理想弹塑性模型Fig．3Idealelastic-为二维平面应