樁承式加筋路堤時(shí)效性分析

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1、樁承式加筋路堤時(shí)效性分析摘要：樁承式加筋路堤工程的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)中發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題仍然存在，如工后沉降和不均勻沉降仍顯著、路堤局部失穩(wěn)等。然而，現(xiàn)階段在考慮時(shí)間效應(yīng)的樁承式加筋路堤長(zhǎng)期性能方面的研究較少。本文采用PLAXIS有限元軟件建立樁承式加筋路堤流固耦合模型，通過(guò)模擬路堤的分步填筑及固結(jié)計(jì)算分析步時(shí)間的控制，對(duì)樁承式加筋路堤進(jìn)行了時(shí)效性分析。模擬結(jié)果表明：在路堤填筑過(guò)程中，隨著填筑高度的增加，其超孔隙水壓力逐漸增大，路堤沉降逐漸增大，坡腳處側(cè)向位移呈線(xiàn)性增大；路堤填筑完畢后，超孔隙水壓力隨著時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸消散，路堤工后沉降逐漸

2、增大，路堤側(cè)向位移小幅減小。關(guān)鍵詞：樁承式加筋路堤；時(shí)效性；數(shù)值模擬；流固耦合中圖分類(lèi)號(hào)：O241文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A6樁承式加筋路堤可有效的減小路堤沉降和不均勻沉降、提高路堤承載力，施工方便，在工程實(shí)踐中已被廣泛運(yùn)用[1]。但是，在樁承式加筋路堤工程的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)中發(fā)現(xiàn)，一些問(wèn)題仍然存在于該技術(shù)的工程應(yīng)用中，如工后沉降和不均勻沉降仍顯著等。尤其是對(duì)于填筑在高壓縮性土上的路堤，上述病害顯得更為嚴(yán)重。因此對(duì)樁承式加筋路堤全壽命周期性能的研究顯得十分必要。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已通過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)[2]、室內(nèi)模型試驗(yàn)[3]、數(shù)值模擬[4]和理

3、論分析[5]等方法，對(duì)樁承式加筋路堤進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。然而對(duì)于考慮時(shí)間效應(yīng)的樁承式加筋路堤的長(zhǎng)期性能方面的研究較少，需要對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)行更深入的研究。因此，為研究考慮時(shí)間效應(yīng)的樁承式加筋路堤長(zhǎng)期性能，并以此進(jìn)一步揭示其作用機(jī)理，本文將采用巖土工程專(zhuān)業(yè)軟件PLAXIS建立樁承式加筋路堤數(shù)值分析模擬。模型將考慮水土耦合特性，分析樁承式加筋路堤固結(jié)過(guò)程中沉降、側(cè)向位移，對(duì)樁承式加筋路堤進(jìn)行時(shí)效性分析。1數(shù)值建模本文以十（堰）漫（山關(guān)）高速公路某一樁承式加筋路堤試驗(yàn)段為研究對(duì)象。該試驗(yàn)段土層分布自上而下主要包括沖填土、軟黏土、粉質(zhì)

4、黏土和風(fēng)化片巖四層，其中沖填土在施工過(guò)程中已全部清除。如圖1所示，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況建立高度為6.0m，路堤頂面寬度為24.0m的樁承式加筋路堤數(shù)值分析模型，坡率取為1:2，中粗砂墊層厚0.5m，筋材鋪設(shè)在砂墊層中間。樁墻布置如圖2所示。6路堤填土以及地基土均采用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則，樁墻及筋材則采用線(xiàn)彈性模型。計(jì)算模型采用PLAXIS中的15節(jié)點(diǎn)三角形高精度單元，模型中的界面則采用5對(duì)節(jié)接觸單元。在界面處設(shè)置接觸單元，反映筋材與土體、樁與土體之間的相互作用，界面強(qiáng)度折減系數(shù)Rinter取值為0.8。筋材的抗拉剛度為86

5、MN/m，樁、砂石墊層及土層的物理參數(shù)見(jiàn)表1和表2。數(shù)值模擬中，分別在路堤坡腳處及地基底部中心點(diǎn)處設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)A和B，以監(jiān)測(cè)不同時(shí)間狀態(tài)下這兩點(diǎn)的位移和應(yīng)力等的變化情況。圖1數(shù)值模擬計(jì)算模型（單位：m）表1數(shù)值模擬樁體計(jì)算參數(shù)圖2樁墻布置示意圖路堤填筑過(guò)程分為6個(gè)階段。每個(gè)階段填筑1m，填筑周期為10天，其中第一個(gè)階段與砂石墊層一起填筑，填筑時(shí)間為15天，路堤填筑過(guò)程為65天。路堤的工后固結(jié)時(shí)間為430天。2數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果2.1超孔隙水壓力分布規(guī)律圖3~圖4為不同工況下超孔隙水壓力分布規(guī)律。路堤填筑過(guò)程中，隨著路堤填筑高度

6、的增加，最大超孔隙水壓力逐漸增大，并且最大值由底部中心處向上轉(zhuǎn)移。6圖3路堤填土加載完畢后超孔隙水壓力分布規(guī)律圖4工后430天超孔隙水壓力分布規(guī)律2.2超孔隙水壓力分布圖5為隨著時(shí)間變化監(jiān)測(cè)點(diǎn)B點(diǎn)處超孔隙水壓力變化曲線(xiàn)。路堤填筑過(guò)程中，超孔隙水壓力逐漸增加，填筑前35天增速較快，至400天時(shí)基本消散完畢。圖5監(jiān)測(cè)點(diǎn)B處超孔隙水壓力隨時(shí)間變化規(guī)律2.3最大沉降如圖6所示，路堤最大沉降隨著時(shí)間的增加而增加。路堤填筑過(guò)程中，路堤的沉降變化較大，工后250天后路堤固結(jié)沉降基本完成。工后沉降主要集中在工后180天的時(shí)間內(nèi)。圖6路堤最

7、大沉降隨時(shí)間變化曲線(xiàn)2.4坡腳處側(cè)向位移圖7為坡腳處側(cè)向位移隨著填筑過(guò)程及工后時(shí)間的變化曲線(xiàn)。由圖7可知，坡腳處側(cè)向位移隨著填筑時(shí)間的增加而線(xiàn)性增加。填筑完畢時(shí)側(cè)向位移達(dá)到最大值，為23.07mm。圖7坡腳處側(cè)向位移隨時(shí)間變化曲線(xiàn)3本章小結(jié)6本文采用巖土工程專(zhuān)業(yè)軟件PLAXIS對(duì)樁承式加筋路堤進(jìn)行數(shù)值模擬，考慮流固耦合特性，分析了樁承式加筋路堤固結(jié)過(guò)程中沉降、孔隙水壓力等隨著時(shí)間的變化趨勢(shì)。得到以下結(jié)論：1、在路堤填筑過(guò)程中，隨著填筑高度的逐漸增加，超孔隙水壓力隨之逐漸增大。路堤填筑完畢后，超孔隙水壓力隨著時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸消

8、散。2、隨著路堤填筑高度的增加，路堤沉降逐漸增大。路堤填筑完畢后，隨著超孔隙水壓力的消散，路堤工后沉降逐漸增大。參考文獻(xiàn)[1]HanJ,GabrMA.Anumericalstudyofloadtransfermechanismsingeosyntheticreinforcedandpilesupport