旧路拓宽条件下路基中的附加应力和变形分析.pdf

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1、器基础与结构工程Foundation&StructureEngineering旧路拓宽条件下路基中的附加应力和变形分析李成现·，郭嘉1，白冰2(1．北京市政建设集团有限责任公司，北京100045；2．北京交通大学土木建筑工程学院，北京100044)摘要：针对渎边公路旧路和新路衔接路基中附加应力的问题。选用连续介质模型进行有限元分析。研究表明，拓宽路堤附加应力产生的沉降主要发生在拓宽部分下面的地基中，而不论是老路堤的水平向附加应力还是拓宽路堤的水平向附加应力影响深度和应力值都较小，反映了水平附加应力作用范围较浅，而地基的变形主要

2、是由于竖向应力产生。关键词：道路；地基；附加应力；有限元分析；变形中图分类号：TU470．3文献标志码：B文章编号：1009—7767(2010)01-0134-04AnalysisofAdditionalStressandDeformationofRoadbedinWidenedOldRoadLiChengxian，GuoJia，BaiBing渎边公路起点位于宜兴市丁蜀镇，与104国道相交，途经大浦镇、新庄镇跨越i级航道城东港，五级航道沙塘港，终点为宜兴市周铁镇。原渎边公路于1994年建成，为分期修建一级公路半幅，路面宽度9

3、m，路基宽度15m。根据需要，对该公路进行了改造，将路基拓宽为28．5m，主车道路面宽2x3x3．75m。为保证拓宽公路工程的质量．需要考虑拓宽条件下地基中的附加应力和变形问题lHI。目前，这方面的研究开展得很少，但已得到重视【蝴。针对该T程公路改扩建的特点。对软土地基段新旧路基间的衔接技术进行分析．研究软土地基段新旧路基间衔接技术的设计方案和施工工艺。通过计算分析新老路地基沉降变形的影响因素，寻求高等级公路改扩建-丁程中新旧路基间差异沉降的最佳方案。1计算模型1．1基本假定利用Anysy有限元数值计算方法悯，并作如下假定：1

4、)考虑到岩石和土壤等材料都属于颗粒状材料，此类材料受压屈服强度远大于受拉屈服强度，且材料受剪时易膨胀。所以采用能较准确模拟这类材料的Drucker-Prager屈服准则。2)在不考虑渗透的情况下，假定土体为均质的各向同性体。3)土体的变形是微小的。134．孝芩教求一盯2010No．1(Jan．)V01．281．2计算参数根据渎边公路改造工程路基岩土工程勘察报告。数值计算采用的地层参数和材料参数见表1。表1地层参数和材料参数：材料名称。怒，t耕／M模Pa繁躲kPa射麓孑1．3计算模型采用大型有限元分析软件Ansys进行计算．采取

5、实体单元模拟．断面用plane42单元模拟。老路路堤荷载作用下的附加应力计算模型尺寸见图1a)，拓宽路堤荷载作用下附加应力计算模型尺寸见图lb)。位移边界条件如下：上表面(即地表)为自由边界，模型两侧有水平约束。底部水平和垂直方向均有约束。考虑土体受施工加载的影响，计算范围取为：沿断面横向(石轴)取69．49m，其中扩建后的路基表面为44m，两侧边坡各2．745m，从边坡坡脚分别向两侧取鲤塑一-丝堕a)老路路堤荷载作用下b)拓宽路堤荷载作用下图t路基附加应力计算模型彳节10m；沿断面纵向('，轴)取16．38m，其中地基影响深

6、度取15m，路基本体高度为1．38B1。路基本体及老路新路地基接触处控制网格尺寸为0．5m，其余线段网格尺寸为1．0m。1．4有限元分析方案1)方案1：将老路路堤荷载作用下的附加应力计算模型(图1a))划分网格，加上荷载并进行求解。2)方案2：将拓宽路堤荷载作用下的附加应力计算模型(图1b))划分网格．加上荷载并进行求解。2计算结果分析2．1位移场等值图分析图2给出路基在X方向位移等值图。分析表明，在老路路堤附加应力作用下，在老路堤趾下方，地基表层土体侧向挤出，且路趾两侧地表面沿水平向变形最大；而底层土体侧向挤入．这就相当于侧

7、限作用下土体发生的变形。此外．老路路堤荷载对拓宽路堤地基的影响范同较小。而在拓宽路堤附加应力作用下，在拓宽路堤堤趾下方，两侧土体整体发生侧向挤出，且在靠近老路堤一侧侧向挤出量较大。总体上讲，老路附加应力产生侧向位移非常小，主要的侧向位移都是由拓宽路堤附加应力产生的。这主要是由于软土路基在老路路堤荷载作用下，已经历时较长，主固结趋于完成．变形趋于稳定。图3给出y方向位移等值图。在老路路堤附加应力作用下，路基下的软基沉降量较小(不足1mm)，地表下同一深度老路地基的沉降较新路地基下的沉降基础与结构工程器Foundation&Str

8、uctureEngineering图2石方向位移等值图量稍微偏大。而在拓宽路堤附加应力作用下。拓宽路堤地基沉降较大且随深度的增加沉降明显减小，且在靠近老路堤一侧沉降量较小。路基堤趾两侧土体略有竖向向上挤出的趋势。图3y方向位移等值图计算表明，总沉降等值图与竖向沉降图变化趋势较