惠深高速扩建拼接段路基变形分析研究

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1、2011年5月第5期城市道桥与防洪科技研究201惠深高速扩建拼接段路基变形分析研究吕蒋聪，张亮(1．广东省冶金建筑设计研究院，广东广州510180；2．华南理工大学土木与交通学院，广东广州510640)摘要：道路加宽改造T程完成后，路面常H{现纵、横向裂缝等病害，裂缝宽度因路堤高度、地基稳定条件及其性质等变化而不同。针对旧路加宽改建后的病害，分析了旧路加宽工程新旧路路基在沉降、变形和刚度等方面的差异导致的某些特殊病害，有关经验可供相关专业人员参考。关键词：路基变形；模型；有限单元法中图分类号：u416．03文献标识码：A文童编号：1009—7716(

2、2011)05—0201—03(5)模型的两侧受到水平方向的约束作用，底1概述部受到水平和竖向的约束作用；工程技术领域中的许多力学问题和场问题，(6)将路面荷载等效为1．5113厚的路基填土荷都可以归结为在给定边界条件下求解其控制方程载1。的问题。虽然能够得到它们的基本方程和边界条现有的高速公路拓宽工程一般由双向四车道件，但是能够用解析法去求解的只是少数性质比拓宽为双向六车道、双向八车道、双向十车道或双较简单和边界比较规则的问题，而实际结构的形向十二车道。从现实情况看，如果采用双侧对称拓状和所受的载荷往往比较复杂，按解析法求解是宽，每侧拓宽宽度分别取

3、为4．5ITI、8．25m、12m和非常困难的。解决这类复杂问题主要有两种方法：15．75m进行计算较为合理。一是引入简化假设，使其达到能用解析法求解的3网格划分和边界条件状态，然后求其近似解。该法计算简便但是与工程的实际情况不是十分吻合。二是运用数值模拟技由于本文选用双侧对称拓宽，荷载作用完全术，它是人们在现代数学、力学理论的基础上，采对称，因此为了在数值计算中提高运行效率，取结用离散化的数值计算方法并借助于计算机技术来构的一半为研究对象，其中老路基半宽为11．51TI，获得满足工程要求的数值近似解。数值模拟技术边坡坡度为1：1．5，其网格划分见图

4、1。是现代工程仿真学形成和发展的重要推动力之一。在岩土工程数值分析和计算中常用的数值模拟计算方法主要有有限元法、离散元法、边界元法等f卅。由于有限元法无论在理论上还是工程实践应用上都有较好的应用范例，所以本文采用有限单元法模拟计算了新老路基的差异沉降。2模型假设条件(1)采用双侧拓宽方式拓宽，新拓宽部分以老路中心线为中心，对称布置在老路两侧；图1路基和地基的有限元网格划分(2)路堤足够长，将该三维空问问题转化为二维平面问题，按平面应变问题进行处理；在分析时，力的边界条件：地基在自重作用下(3)模型中的单元采用平面应变八节点等参的位移已经完成，外荷载只

5、考虑路堤土(包括等效的单元，本构模型选用扩展的线性Dmcker-Prager模路面荷载)的重力作用。位移边界条件：结构模型型：的左右边界分别为横向固定约束，只产生竖直方向(4)老路基自身的固结变形已经完成；的位移；底部无任何位移故施加水平和竖向约束。收稿日期：2010—12-094材料的计算参数作者简介：吕蒋聪(1982一)，男，湖南邵阳人，硕士研究生，从事道路设计丁作。本文材料参数选于各参考文献，其具体计算科技研究城市道桥与防洪2011年5月第5期参数见表1。位移变化不连续，原因在于新老路基的材料性质差异，不同步沉降造成的；在新老路基结合部正下表1

6、各材料参数表方并靠近地基顶面的地方，产生了一个靠近老路基的水平位移，而在新路基坡脚下一定深度处产生一个远离路中心线的区域。从图7得知，拓宽后，随着离老路中心线的距离越来越远，老路基顶面的水平位移线性增加，而新路基顶面的水平位移先增大后减小，但新路基顶面水平位移的最大值，仍小于老路基路肩处的水平位移。从路基顶面的竖向沉降看，新路基顶面竖向沉降变化较大，新下文以路基高度5m，四车道拓宽成八车道路基作为附加荷载，仅对距老路中心线5m左右以(每侧拓宽8．25m)为例，通过计算路基土内的应力外的横坡产生较大影响。变化，以及路基内的水平与竖向沉降，研究拓宽改建后

7、新老路基的不均匀沉降规律。当拓宽8．25m时，路基土体内应力分布从路基顶面到路基底面产生了不同的变化，在地基底部应力较大，但是变化缓和；在新老路基结合部出现应力集中；同时在老路基顶面靠近中心的位置，应力出现增大的趋势，分析其原因可能新路基施工后，产生了附加沉降，该作用使老路基顶面老路中心线附近产生了轻微的拉应力导致的，见图2、图3。图4路基内竖向沉降云图圈2拓宽后新老路基的网格变形图图5路基内水平位移云图图6拓宽8．25m后路基顶面的水平位移曲线图图3路基内的应力云图5不同拓宽宽度的对比分析结合图4一图7得知，路基的竖向最大位移在路基高度选为5．5m

8、，新老路路基边坡都选为新拓宽路基的顶部边缘，在新老路堤结合部出现1：1．5时，将不同拓宽宽度的计算结果(主要