加筋路基沉降的数值模拟.pdf

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1、2014年6月建材与装饰交通建设加筋路基沉降的数值模拟葛磊周竞舟（中机国际工程设计研究院有限责任公司湖南长沙410007）摘要：运用Mathematics的符号解法对Yin[1]的加筋路基沉降变形的微分方程组进行了求解，得到了路面荷载作用下的加筋体的内力与变形，并与Ansys有限元模拟的结果进行了对比，结果表明两者具有较好的一致性。为了简化分析，模型中路基下的软土地基用一组winkler弹簧来代替。利用APDL语言对有限元模型进行了参数分析，得到的结果为加筋路基的设计优化提供了参考。关键词：加筋路堤；土工合成加筋材料；有限元分析中图分类号：U416.1+2文献标识码：

2、B文章编号：1673-0038（2014）26-0155-02在大多数加筋路基模型中，认为加筋材料的纵向刚度不能承1.3边界条件担竖向剪力（GhoshandMadhav[2]；ShuklaandChandra[3，4]）。作用在对于两个二阶偏微分方程，需要四个边界条件进行求解。取加筋材料顶面和底面的剪应力，与作用于材料表面的正应力通几何对称的一半结构进行研究。由于结构对称，在x=0处，路基过定义一个常数滋联系起来，表达式为：沉降造成的坡度dw/dx应为零，且土工材料的张拉力的增量也应子=滋滓为零，表达式可以写为：式中：子表示剪应力；滓表示正应力，而常数滋的大小需要试d

3、WdT=0=0x=0x=0验测定得出，这也为模型的应用增加了困难。Yin[1]针对在荷载作dXdX用下，路基填料，加筋体，下卧层地基的协同工作的特点，建立加在x=L处，即加筋材料的右端没有约束，并且远离荷载区，可筋路基变形分析模型。运用变形协调的条件，消除了不确定常数以认为加筋材料张拉力为零且沉降也为零，表达式如下：滋带来的影响。wx=L=0Tx=L=01单层加筋路基模型1.4微分方程数值解及算例1.1简化假定在Mathematics系统中，微分方程的数值解可以用函数Nd原为了简化分析，采用Yin[1]提出的二维平面应变模型进行研solve来得到。一般条件下，初始条件

4、的取值可以在任意x处，究。忽略填料的可压缩性，路基填料采用Pasternak剪切层模拟，Ndsolve将以此为起点自动覆盖xmin~xmax的全区域。通过函数控制克服了Winkler地基模型忽略地基中的剪力，无法考虑地基中应选项，可以控制结果的精度和运行。力扩散的缺点。根据Pasternak假定，填料只在竖向平面内有相对为了验证模型的合理性，现取一算例进行计算，并与后文有位移而没有转动，加筋材料与填料的接触面假定认为是粗糙的限元计算结果进行对比。（1）模型尺寸：B=2m，L=4m，H=H=0.3m，H*=H*=0.3/2=0.15并且没有相对滑移。通过填料和筋材的变形

5、协调条件，消去了方tbtb（2）路基填料：k=263kN/m3，淄=0.49，G*=G*=0.1程中筋土上下界面的不确定参数，即摩擦因子。为了简化分析，stbG=（G*kB2）/H=G=0.1伊263伊4/0.3=350.7kN/m2E=E=2G（1+淄）假定填料和加筋体是完全弹性材料。填料下软土地基采用Win原ttstbtb=1045kN/m（2其中，淄为填料的泊松比，E，E为填料的杨氏模量）kler弹性地基进行考虑。tb（3）加筋层：E*=E（/kB2）=20，E=20kB2=20伊263伊4=21040kN/1.2微分方程的建立ggsgsm，淄g=0.49荷载可

6、视为位于路基模型上的条形基础产生的作用。基础对（Eg为加筋材料的杨氏模量，淄g为加筋材料泊松比）路基产生竖向压力，宽度假定为2B。在路基的纵向考虑一个单位（4）荷载：q*=0.1，T=0的长度，从加筋材料上部填料取出一个单元，通过Yin[1]提出的的p变形协调关系以及Shukla，Chandra[2]对方程的归一化处理，模型1.5有限元模型的变形微分方程最后可以写为以下无量纲：参照1.4节所给出的参数，建立有限元模型。选用Plane82单元来模拟土体和加筋材料[5]，每个单元的高度和长度分别为0.02mdT*d2Wq*=W-sin兹-蓘蓸T*+T*蔀cos3兹+蓸G*

7、+G*蔀蓡（1）pbt2dXdX和0.04m。加筋材料高度定为Hg=0.04m，弹性模量E=Eg/Hg=d2T*dTd2W1G*G*21040/0.04=5.26伊108kN/m3，弹簧单元选取Conbin14来模拟，底层=sin兹cos伊兹伊+伊蓸t+b蔀22H*H*dXdXdXcos兹tb单元长度为0.04m，弹性常数K=0.04伊k=0.04伊263=10.52kN/m2。ss2*2T+1dW（2）由于弹簧的弹性常数与单元长度无关，这里取弹簧长度为0.1m。蓸*蔀-蓸dX蔀-1为了提高计算效率，同样取模型对称的一半来模拟，x=0处边界蓘姨Eg蓡