基于FLAC3D的路基拓宽差异沉降研究

以延安北过境线路基拓宽项目为研究对象,采用现场监测、室内试验及FLAC3D有限差分法相结合的方法对新旧路基拓宽差异沉降特性进行研究。监测数据表明,由路基土体在外荷载作用下产生的黏滞蠕变只占总沉降的很小一部分。通过室内直剪试验,得出黏聚力值为21 kPa,内摩擦角值为38°;当最大差异沉降量达到最小值时,拓宽侧路基填筑高度为6 m;当新路基的沉降开始增加时,拓宽高度大于6 m;当旧路基高度不变时,新旧路基顶面和最大沉降点向外移动。在工程实际中,新旧路基的拓宽宽度增加对旧路基的影响较小。     

高速公路改扩建新旧路基差异沉降影响因素分析

新旧路基结合处的差异沉降控制是高速公路改扩建的技术难点之一。若差异沉降值过大,会导致路基遭到破坏,影响路面结构,降低道路的使用品质,甚至危及行车安全。针对上述问题,依托长株高速公路改扩建工程,应用有限差分法建立了数值计算模型,研究了不同拓宽宽度、不同填方高度、不同弹性模量和不同压缩模量4种影响因素下新旧路基不均匀沉降的变化规律,发现距旧路中心6 m范围内拓宽路基沉降较小,6～18 m范围内沉降增幅逐渐增大,新旧路基结合处尤为显著,曲线末尾出现轻微"波谷"状,最大沉降发生在拓宽路基边缘附近。结果表明:拓宽路基的不均匀沉降随拓宽宽度和填方高度的增大而增加,拓宽宽度对沉降的影响较填方高度更显著,随拓宽宽度的增加,最大差异沉降增幅最大值可达89.21%,实际工程中应尽可能选取重度较小的填土或设计合适的拓宽宽度;对比不同的路基弹性模量和地基压缩模量可得,不同路基弹性模量对路基顶面最大差异沉降的影响较小,随路基弹性模量发生改变,最大差异沉降增幅最大值仅为3.58%;对比不同的地基压缩模量可知,最大差异沉降增幅最大值为42.14%,因此,在合理经济范围内,提高地基土压缩模量可显著降低新旧路基不均匀沉降,提高使用寿命。     

高速公路拓宽路基差异沉降影响因素研究

为了研究差异沉降对高速公路拓宽路基的影响,通过Ansys有限元计算分析软件,建立差异沉降力学计算模型,系统分析路基拓宽方式、填筑高度、拓宽宽度和土基模量对拓宽路基差异沉降的影响。研究结果表明:路基采用两侧对称加宽的方式对差异沉降的控制明显优于单侧加宽;随着路基拓宽高度与宽度的不断增加,路基产生的竖向沉降也在逐渐增大,新路基产生的竖向沉降大于旧路基,最大值出现在新路基路肩位置附近,而旧路基中心线处竖向沉降值最小;随着路基填土模量的不断增大,新旧路基产生的竖向沉降与竖向应力在逐渐减小,新路基沉降大于旧路基沉降,沉降峰值出现在新路基路肩附近。     

改扩建道路纵向加高拓宽路基沉降特性与影响因素研究

依托惠盐高速深圳段改扩建工程,建立加高拓宽路基变形计算模型,分析了路基弹性模量、地基压缩模量、路基加高高度等因素对路基沉降变形的影响,得到了旧路加高拓宽沉降变形特性。研究结果表明:当拓宽部分地基较软弱或旧路加高高度较小时,横断面的沉降曲线呈“反盆形”;当拓宽部分地基压缩模量较大或加高高度较大时,横断面的沉降曲线呈“盆形”;随着新填路基弹性模量的提高,道路的不均匀沉降量逐渐减小,但减小的速率逐渐降低;对地基进行加固处理后的压缩模量不宜超过既有道路下地基的压缩模量,过分加固地基可能会使路面形成反向坡;对于路基加高高度小于2 m的路段,宜使拓宽部分地基的压缩模量大于旧地基;对于路基加高高度大于2 m的路段,则应使拓宽部分地基的压缩模量小于旧地基。     

新旧地基不同固结程度对拓宽路基差异沉降的影响

为了解差异沉降对拓宽道路的影响,应用有限元程序建立了差异沉降的计算模型,从沉降和水平位移方面分析了新旧地基不同固结程度对高速公路拓宽路基的影响。结果表明,新旧地基的固结程度差异会影响沉降曲线的形状,尤其对差异沉降的影响较大。当新路基下地基压缩模量不变,改变老路基下地基压缩模量,最大差异沉降从8.89 cm减小至5.35 cm。但当老路基下地基压缩模量提高到15 M Pa以后,沉降的减小程度减弱。当旧路基下地基压缩模量不变,改变新路基下地基压缩模量,最大差异沉降从7.92 cm减小至3.23 cm。当新路基下地基压缩模量提高到10 M Pa时,沉降的减小最为明显,20 M Pa以后减小趋势变弱。     

旧路加宽差异沉降影响因素的仿真研究

新旧路基不均匀沉降是高速公路改扩建工程最大的技术难题，因而不均匀沉降影响因素也就成为高速公路改扩建工程的关键所在。本文在新旧路基差异沉降成因分析的基础上，利用室内试验成果并结合有限元仿真技术，分析了差异沉降的各影响因素。研究结果表明：仅从受力和变形角度来分析，两侧对称加宽较单侧加宽有利，加宽宽度和高度越大，新旧路基的差异沉降和横向位移也越大。本研究成果，一方面补充和完善了旧路加宽设计规范，另一方面具有显著的经济与社会效益。     

合安高速公路新旧路基差异沉降规律研究

依托合安高速公路改扩建工程,通过MIDAS GTS有限元软件,以新旧路基结合处旧路基开挖台阶个数、开挖台阶尺寸、新路基加宽宽度为影响因素,对工后10年内旧路基、新旧路基结合部、新路基的沉降规律,以及受不同因素影响的新旧路基沉降规律进行对比研究。结果表明:随着路基使用年限的增长,新旧路基沉降值均呈增大变化,后期沉降幅度趋于平稳,与实际相符;新旧路基的沉降值与旧路基中心线距离变化呈"烟斗"形,距离中心线越近,沉降越小,反之越大;沉降值新路基中心处新旧路基结合处旧路基中心处;旧路基开挖台阶个数越多、下部台阶宽度尺寸越大,路基沉降越小,反之越大。因此,合安高速公路旧路面改扩建最优方案为4台阶,台阶尺寸竖直方向0. 6m、0. 8m、1. 4m、0. 6m,水平方向0. 9m、1. 2m、2. 1m、0. 9m,新路基每侧加宽7m。     

拓宽加载对旧路基附加沉降影响数值分析

基于有限元数值分析方法,对路基拓宽工程中,新路基填筑对旧路基附加沉降的影响进行了研究。选取6 m厚软土地基双向4车道的两侧拓宽工程作为数值模拟原型,新路基填筑分别采用不同的填筑、固结间隔期的分层加载方式,通过监视旧路基坡趾下方不同深度的指定观察点,提取观察点的沉降-时间曲线,分析其加载过程的沉降特征,获取不同拓宽加载方式下旧路基下地基影响深度范围内附加沉降的变化特点及沉降完成时间。研究结果表明,新路堤填筑加载总量一定时,不同填筑方式引起的旧路堤附加沉降基本为定值,根据堆载高度可以确定旧路基最终沉降量;新路堤填筑方式影响旧路堤的沉降完成时间、填筑加载时间与自然固结时间相对集中时,旧路堤完成沉降所需工期较短。     

新填土性质对新旧路基变形的影响因素研究

为探究旧路扩建中新填土性质对新旧路基差异变形的影响,通过ABAQUS有限元软件建立旧路扩建模型,计算路基顶面的横向位移与竖向位移,并探究新旧路基差异变形特性,采用正交实验法对新填土重度、压缩模量、内摩擦角以及黏聚力共4种因素进行研究分析。结果表明:道路拓宽后,新旧路基坡脚下的地基均发生了相对集中的横向位移,最大横向位移产生在路基结合部处附近,旧路基会向上隆起,并且最大竖向位移发生在新路基中心靠近边缘的位置;填土性质对新旧路基横向与竖向位移影响的重要性顺序为:重度压缩模量内摩擦角黏聚力,因此,改扩建工程中,应在合理范围内选择重度较小、压缩模量较大的路基填土来减小新旧路基差异变形。     

拓宽路基差异沉降特性和影响因素分析

为了解差异沉降对拓宽道路的影响，应用有限元程序建立了差异沉降的计算模型，分析了拓宽路基差异沉降特性，研究了路基高度、土基压缩模量、拓宽方式和宽度对路基差异沉降以及沉降曲线形态的影响。结果表明，双侧拓宽在差异沉降控制上优于单侧拓宽；最大差异沉降的增加和土基压缩模量的减小不成反比例；受边界条件的影响，路基填土高度越小，拓宽路基顶面沉降曲线越接近“～”形。研究成果对高速公路扩建工程中新老路基差异沉降的处理具有借鉴意义。     

强夯工艺降低拓宽路基差异沉降效果研究

在现场测试、室内土工试验及工后沉降监测的基础上，结合理论和数值分析，对强夯加固拓宽路基及降低新老路基差异沉降的效果进行研究，得到强夯后路基平均下沉0.245 m，地基土固结度达到57 %，其新老路基沉降量均满足规范要求。     

公路改扩建路基差异沉降特性研究

为提高公路改扩建项目建设水平,分析了路基差异沉降量的计算理论和主要原因,利用ANSYS15.0绘制数值模型,得到新老路基间的不均匀沉降变形,并探讨加宽高度、填料重度的影响规律.研究结果表明,路基竖向位移和水平位移基本呈中间小两边大的"凸"形变化趋势,其最大值分别位于土路肩的边缘和新老路基结合位置;随着加宽高度和填料重度增加,加宽路基和地基土各监测点的沉降变形和新老路基间差异沉降也随之变大,且路基加宽高度从2 m至12 m,新老路基不均匀沉降提高129.3％,填料重度每提高5 kN/m3,新老路基差异沉降平均增加79.4％.     

泡沫轻质土抬高加宽路基变形规律研究

采用数值模拟方法，通过对深汕西高速某抬高及加宽路基段典型施工工序进行分析，获取工序1～工序4新旧路面对应的横向差异值分别为7.50、17.21、4.60、2.50 mm，满足路基横向允许最大差异沉降的安全阈值，其最大沉降位于路基加宽新填土区域内。新路面工后沉降变形不同影响因素分析表明：抬高路基填筑密度与高度越大，工后新路面沉降变形就越大；新填土材料的密度对新路面沉降无明显影响，而对旧路面影响大；施工填筑速率越慢，则工后的新路面沉降变形就越小，也越能抑制新路面工后的大变形。     

拓宽路基变形的流固耦合数值分析

以深圳市水官高速拓宽工程为依托,运用有限元软件ABAQUS对路基拓宽工程中的新老路基之间的差异沉降进行模拟分析,对拓宽路基在修筑阶段及工后运营阶段的变形特性、应力和孔压的变化进行研究,揭示拓宽路基差异沉降的规律和机理。     

泡沫轻质土路堤底部基底压力分布特征及影响分析

泡沫轻质土是近几年广泛应用于高速公路路堤填筑等方面的一种新型轻质材料。考虑到泡沫轻质土路堤填料与传统路堤填料之间较大的差异性,结合广佛江一期试验段现场监测资料,采用数值分析方法对不同弹性模量下泡沫轻质土路堤底部基底压力分布特征进行了研究。结果表明:随着泡沫轻质土路基浇筑高度及弹性模量的增加,基底压应力分布不均匀性逐渐增加,所受拉应力及弯矩也逐渐增大;地基底面最大沉降及差异沉降量随着路基弹性模量增大逐渐减小,趋向于整体下沉。     

基于土工格栅加筋优化技术的高速公路路基加宽技术研究

针对旧路基加宽易导致路基发生差异性沉降而形成裂缝的问题,采用土工格栅加筋来提高路基的稳定性。通过建立加宽路基的有限元模型,获得不同土工格栅加筋对加宽路基的性能提升。结果表明:未加铺土工格栅时,原路基地表沉降曲线呈勺形,最大沉降出现在路肩处;地表水平位移曲线呈S型,以路基中心13 m为界,左侧水平位移指向内侧,最大位移为18 mm,右侧水平位移指向外侧,最大位移28.10 mm。对比不同加铺土工格栅方案对加宽路基性能的优化可以看出,铺设土工格栅来减少路基沉降效果和降低地基中应力获得的效果并不明显,但能够较好地减少路基的水平位移量。从经济角度考虑,采用第1/4/5组合,即下部铺设两层,顶部一层加铺土工格栅具有较好的效果。     

公路地基路基协同沉降变形机理研究

为了研究盐渍土地区公路地基路基协同沉降变形机理，依托察格高速公路察尔汗盐湖湖心区域盐渍土地基处治试验段，将风积沙和砾石作为路基隔断层，建立数值分析模型，考虑路基与路面分层填筑过程中地基的固结沉降，分析了不同影响因素下地基-路基协同沉降变形规律以及地基路基差异沉降规律，提出了不同路基高度和宽度条件下地基与路基沉降比的取值范围。结果表明:路基沉降与地基沉降线性相关，路基横断面上各点沉降比可视为一定值。     

桩-网复合路基变形机理的数值分析

基于桩-网复合地基桩-网-土体系作用机理的复杂性,理论研究落后于工程实践等现状,对桩-网复合路基变形机理理论进行了分析,运用有限元数值模拟的方法,对一种新型软土地基处理的路基的沉降、侧向位移、差异沉降进行了数值分析研究。结果表明:(1)在垫层与填土间加入土工格栅后,能减少路基顶面及底面的沉降,但能够更明显地减少路基顶面及底面的差异沉降和坡脚侧向位移;(2)桩间土强度的增加对于路基底面最大差异沉降的影响要比路基顶面要大,路基顶面最大差异沉降的增加大致与桩间距的增加呈正比关系;(3)路堤底面的沉降量出现谷值点是由于桩体作用所致,峰值点是由于土拱效应所致;(4)较大的土工格栅拉伸模量对于减小路基顶面沉降的效果是不明显的,合适的土工格栅拉伸模量能够减小经济投入。     

路基差异沉降处治方案的对比研究

在高速公路的路基拓宽过程中,新路基的荷载以及工后通车的荷载都会对老路基与新路基造成严重的不均匀沉降,并且路基拓宽工程中新老路基的相互作用会产生工后沉降,对行车安全造成不良影响。对此,以某高速公路拓宽路基为例,运用ABAQUS有限元软件对路基拓宽工程中典型的不同路基差异沉降处治方式的作用效果与未处治拓宽路基工程,进行对比分析,从而得到了土工格栅与水泥土桩控制路基沉降的变化规律。数值分析表明:土工格栅对控制拓宽路基不均匀沉降控制有限,而桩基础有较好的治理效果。