加筋路堤三维流固耦合分析.pdf

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1、第37卷第9期建筑技术开发Vo1．37。No．92010年9月BuildingTechniqueDevelopmentSep．2010加筋路堤三维流固耦合分析卢培刚余炜刘永球(1．河南省有色工程勘察有限公司，郑州450016；2．上海大学土木工程系，上海200072；3．湖南省电力勘测设计院，长沙410007)[摘要】应用FLAC3D软件建立了三维流固耦合模型，研究了加筋路堤在静力作用下的加筋特性。通过数值分析比较得出：加筋路堤有效地减小了路面及软土地基顶面的总沉降值和不均匀沉降，能限制整个路堤的横向变形，提高了路堤的整体稳定性；

2、加筋路堤增强了路堤的整体强度，提高了路堤层扩散荷载的能力，大大减小了传至地基中的上部荷载值；另外，随着距路堤中心距离的不断增加，加筋路堤中格栅拉力逐渐减小，逐渐形成“中间大，两头小”的分布形态。[关键词]加筋路堤；土工格栅；流固耦合[中图分类号]U416．12[文献标志码]A[文章编号]1001-523Xf2010)09-0026-03加筋土是一种在土中加入加筋材料形成的复合土。在维流固耦合分析模型，研究了加筋路堤在静力作用下的土中加入加筋材料可以提高土体的强度，增强土体的稳定特性。性。因此，凡在土中加入加筋土材料而使整个土工系统

3、的力1数值建模学性能得到改善和提高的土工加固方法均称为土工加筋技1．1几何模型及荷载条件术，形成的结构亦称之为加筋土结构。加筋可以提高道路的整体强度，减小道路的沉降，同时能显著地降低工程造价。因此，加筋技术已被越来越多的应用于软土地区道路工程中。近年来国内很多研究部门对此做了工作，也有不少工程实例。然而，对于加筋路堤作用机理的研究还不成熟。李艳春等在有限元基础上，利用弹簧单元模型来模拟筋一土之间的相互作用，对土工格栅的受力变形特性进行了分析。指出土工格栅纵肋的拉伸特性和横肋的抗挠刚度是土工格栅结构中影响荷载分布的主要因素。朱湘等利

4、用有限元方法对软土地基上的加筋路堤进行了分析，分析中考虑软土层厚度、加筋模量、加筋层数及位置、加筋一土界面强图1三维计算模型示意度、地基强度和施工速度等因素的影响，提出加筋的效果体本文采用FLAC3D建立了加筋路堤的计算模型。利用现在施工期间对沉降、侧向位移的抑制和降低以及路堤稳定路堤的对称性，所建模型只有半幅路堤，路面宽度6m，路堤性的提高上。土工格栅的抗拉模量、加筋一土的界面强度越高度3m，软土地基深度15m，宽度25．5m，路堤沿长度方向大，加筋的效果越明显，对侧向位移以及沉降的抑制和消减根据对称性取为2m，网格划分情况如图

5、1所示。地基模型作用就越大。徐少曼等在研究加筋路堤作用的基础上，提向路基坡脚外延伸15m，则是为了消除边界效应而通过试算出了多种工程措施，以提高路堤下软基土工织物的加筋获得的。效果。数值模拟的过程主要分为两个步骤：首先是对天然软土然而目前的研究往往都是采用二维的计算模型来研究地基进行初始应力平衡；其次，在建立格栅结构单元后进行加筋路堤，这与实际工程的三维空间分布是有较大区别的，路基及面层的静力流固耦合计算。在静力计算时，将模型底同时，目前的研究也没有考虑流固耦合对加筋路堤性能的影部三个方向的变形完全约束住，而模型四周则仅约束相应的

6、响。基于此，本文采用FLAC3D软件建立了加筋路堤的三水平变形。另外，在进行流固耦合计算时，假设地下水位线位于软土地基表面，其它各面均设置为不透水边界。收稿日期：2010—06—15路堤面层采用线弹性模型来模拟，路堤和软土地基则采作者简介：卢培刚(1976)，男，河南省辉县人，毕业于中南工业大学用莫尔一库伦模型来模拟土体的弹塑性性质。计算参数主(现中南大学)，硕士研究生，国家注册土木工程师(岩土)，现主要从事岩土工程勘察、设计及施工。要引自文献[6—8]，路堤层的粘聚力为10kPa，内摩擦角为26第37卷卢培刚，等：加筋路堤三维流

7、固耦合分析第9期40。；软土地基层的粘聚力为8kPa，内摩擦角为l5。，渗透系的范围，从而大大减小了软土地基顶面的沉降值。另外，格g＼蛙数为1．0×10m·Pa～·S，其它参数如表1所示。栅的存在也很好的控制了路堤坡脚软土的隆起值。由此可见加筋路堤在减小软土地基顶面总沉降和差异沉降方面具表1模型计算参数勰如有非常显著的效果。吕世2结果分析2．1沉降2．1．1路面沉降图2给出了Y=1剖面上路面dc线上各点在路堤填筑距路基中心距离／m完成后的沉降值。从图中可以看出，两种情况下，路面沉降图3软土地基顶面沉降示意的最大值都发生在路基中心处

8、。且当路堤不加筋时，路面最2，1．3横向位移大沉降达到36．2cm。而在加筋的情况下，路面最大沉降仅图4给出了路堤填筑完毕后，边坡上a、b、c三个监测为22．6cm。这是由于将土工格栅铺设在路堤地面后，土颗点的横向位移值。从图中可以看到，不论加筋与