某路基堆载预压处理的有限元数值模拟.pdf

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1、第43卷第11期人民长江V01．43．No．112012年6月YangtzeRiverJune，2012文章编号：1001—4179(2012)11—0062—04某路基堆载预压处理的有限元数值模拟柳爱，邹永诚2，谢丽民(1．台州职业技术学院，浙江台州318000；2．台州城乡规划设计研究院，浙江台州318000；3．台州湾循环产业集聚区管理委员会，浙江台州318000)摘要：针对软弱黏土路基易发生失稳及工后沉降大的缺点，采用塑料排水板堆载预压对路基进行处理。采用等效砂墙方法及剑桥模型，建立了台州湾围海工程路基堆栽预压处理的平面有限元模型。分析不同堆载高度下塑料排水板间距和长度对加载

2、速度、预压时间和沉降值的影响。分析结果表明，预压时间受排水板长度影响明显；预压期结束后，路面沉降均匀，可以保证路面施工质量。关键词：软土；堆载预压；塑料排水板；固结中图法分类号：U213．1文献标志码：A浙江省台州湾围海工程广泛分布着海相沉积的软本文基于等效砂墙方法，建立台州湾围海工程路弱黏土层。为减少软土的固结时间，提高土体承载力基堆载预压处理的平面有限元模型，利用ABAQUS有及减少工后沉降，工程上常采用塑料排水板堆载预压限元软件模拟加载过程，分析塑料排水板间距、板长对对路基进行处理。目前塑料排水板地基固结的解析计堆载预压期时间和路基沉降值的影响。算主要采用单个砂井(塑料排水板等

3、效成砂井)的固1路基堆载预压处理的平面有限元模型结解析解，公式较为复杂，不便于计算，严格的Biot固结方程只给出简单边界条件下的解析解。在数值计算典型路段路堤底部宽63m，路堤高度日，边坡坡中，砂井地基应该采用三维固结有限元来计算，但是地比1：1．5。塑料排水板呈等边三角形布置，塑料排水板基中密布的砂井将造成三维计算的工作量相当大，导参数见表1。致对砂井的三维有限元研究相对较少。其中，王旭升表1塑料排水板参数等人提出了砂井地基合理的三维剖分方案⋯，刘汉龙等对某高速公路地基处理进行了三维有限元分析，但均没有考虑井阻和涂抹影响。砂井平面有限元计算主要有两种方法：一种是HirdC．C．等人

4、基于平面应平面有限元模型见图1。假想有4条砂墙，砂墙变原理，利用等效渗透系数将砂井地基转化为均质地宽度为塑料排水板等效换算直径66．6mm，砂墙中基，这样无需对砂井进行网格划分，但是没能考虑心间距l0．5m，砂墙深度与排水板深度相同。地基的侧向变形和竖向渗流的影响；另一种是把沿着土层的物理参数见表2。有限元计算中土体采用路基纵向有一定间隔分布的砂井想象成连续不问断分比较适用于软黏土的剑桥模型，参数见表3，其布的砂墙。，砂墙的间距可根据网格划分的需要任中，A和K可以通过等向压缩与膨胀试验给出，分别是意取值，该法能保证固结度和同一深度处平均孔压在e—lnP加载曲线和回弹曲线的斜率；A和压

5、缩指数c任一时刻相等，可以用来分析不均匀沉降、侧向位移以3f1—2，、r】+eP有关系，A=0．4343C，，(=————(e。及孔隙水压力的变化。收稿日期：2012—02—01基金项目：台州市科技计划项目“台州深厚软土路基处治关键技术研究”(11KY56)作者简介：柳爱，女，工程师，硕士，主要从事道桥结构分析与病害整治、软基处理的研究。E—mail：tz—liuai@163．coln第11期柳爱，等：某路基堆载预压处理的有限元数值模拟63为P=P时孔隙比，P为平均主应力，E为弹性模量，本文取s=1．2，=7，s=1．2，利用公式(1)进本文取3E)；M为P～q平面上破坏线的斜率，M

6、=行计算。对于设置有竖向排水的地基，其固结和渗透以水平方向为主，因此仅对水平渗透系数进行调整；同(为有效摩擦角，通过三轴排水剪或不排j—Sln(p时仅对排水板所在区域土体的渗透系数做调整，其他水剪试验得到)；e。=e+hlnP(e和lnP为高固结压缩区域土体仍用原渗透系数。土层①和土层②的水平渗曲线最后一对坐标值)。为简化计算，砂墙除渗透系数透系数调整后见表4。外均采用所在土层参数。表4调整后的水平渗透系数卜．●●，—●』设计边界条件包括孔压边界、位移边界和荷载边界。孔压边界，上表面透水边界孔压为0，其他边界均为不透水边界。位移边界，底部约束水平位移和竖向位移，图1平面有限元模型示意

7、(尺寸单位：m)左右边界约束水平位移，上表面不约束位移。荷载边表3土体的剑桥模型参数．界为加固区上表面堆载。有限元网格划分为2600个单元，砂墙处网格水平尺寸为砂墙宽度。2有限元模拟结果与分析根据等效砂墙方法，需要对处理地基的渗透系数在图1模型基础上，计算了堆载高度日分别为2进行调整，调整系数为m和4m时，各种排水板长(10，15，20，25m和30m)和板间距(1．0，1．5m和2．0m)条件下的加载时间、蒜警鲁丽㈩堆载预压期和沉降值，并就4m堆载下排水