交通荷載作用下道路側向位移分析

龍偉民

（山西省公路局 長治分局，山西 長治 046000）

側向位移作為道路工程的一項重要指標，與道路的沉降、穩(wěn)定性有著密切的關系[1]。目前，國內外對道路地基側向位移的分析較多。趙巖為彌補現(xiàn)有道路沉降預測模型中未考慮地基側向位移的不足，提出了基于等體積法的沉降預測模型，并建立了計算方法[2]；張軍基于兩階段分析方法對樁承式加筋路堤現(xiàn)有技術和新技術側向變形特性進行了對比分析[3]；喬英娟建立了瀝青路面的三維數(shù)值模型，分析了路基路面?zhèn)认蛭灰茖r青路面抗車轍的影響[4]。

本文采用有限差分軟件FLAC3D建立數(shù)值分析模型，對交通荷載作用下道路側向位移進行系統(tǒng)分析。

1 數(shù)值建模

本文數(shù)值模擬現(xiàn)場試驗道路如圖1所示。道路鋪面結構由上至下名稱及通過室內土工試驗獲得的各層材料物理力學參數(shù)詳見表1。采用FLAC3D建立的數(shù)值模型如圖2所示。

圖1 現(xiàn)場試驗圖示（單位：mm）

表1 道路結構各層材料物理力學參數(shù)

圖2 數(shù)值模型

2 數(shù)值建模分析

圖3a為地基中不同豎直斷面處最大側向位移分布曲線。地基中側向位移沿水平方向呈先增大后減小的變化規(guī)律，并在加載板一側達到最大值。圖3b為不同豎直斷面?zhèn)认蛭灰蒲厣疃确植记€。整體上，側向位移沿深度方向呈先增加后減小的變化規(guī)律。

圖3 地基中側向位移分布曲線

圖4為地基不同深度處側向位移沿水平位置分布曲線，其中-0.72 m為砂墊層頂部，-3.27 m為砂墊層底部，-6.02 m為淤泥質土頂部。在砂墊層頂部，加載范圍左側側向位移向左，在加載邊緣向左的位移最大并隨著與加載范圍邊緣距離的增加而減??；加載范圍內，側向位移向左并沿x軸正向逐漸減??；加載范圍右側邊緣，向左的側向位移減小至0，x軸正向轉變?yōu)橄蛴业膫认蛭灰?；向右的側向位移隨著與加載范圍右側邊緣距離的增加而增加，并在加載板塊邊緣處達到最大值后又逐漸減小。隨深度的增加，向右側向位移所占比例逐漸減小，最大向左側向位移量逐漸增加并在淤泥質土層頂部達到最大值。

圖4 地基不同深度處側向位移沿水平位置分布曲線

3 參數(shù)分析

如圖5所示，對BJ、BB2和BZ 3個不同荷位加載工況進行參數(shù)分析。

圖6a為不同荷位加載工況下砂墊層頂部側向位移分布曲線。在加載板及其左側區(qū)域，S1工況側向位移最大，S2工況次之，S3工況最??；在加載板右側區(qū)域，S3工況側向位移突然變大，并大于S1及S2工況。圖6b為不同荷位加載工況下砂墊層底部側向位移分布曲線。S2工況側向位移量略大于S1工況，S1和S2工況側向位移量均明顯大于S3工況，最大向左側向位移在加載板左側約1.0 m處，最大向右位移量約在加載板邊緣處。圖6c和圖6d分別為不同荷位工況下淤泥質黏土層底部及不同斷面最大側向位移分布曲線，其變化規(guī)律與砂墊層底部相似，且各工況最大側向位移均發(fā)生在淤泥質黏土層頂部。

圖5 不同荷位加載工況示意圖

圖6 地基中側向位移分布曲線

圖7a～ 圖7d分別為 0.5 MPa、0.7 MPa、0.9 MPa、1.1 MPa和1.3 MPa輪壓加載工況下砂墊層頂部、砂墊層底部、淤泥質黏土層頂部及各豎直斷面處最大側向位移分布曲線。同一位置處的側向位移均隨輪壓的增加而增加，且在淤泥質黏土層頂部的增幅明顯大于砂墊層頂部及底部。

圖7 不同輪壓工況下側向位移變化曲線

圖8為不同砂墊層厚度工況地基不同深度側向位移沿水平位置分布曲線。圖8a顯示：各工況下砂墊層頂部側向位移移量幾乎不變。圖8b顯示：砂墊層底部側向位移量隨砂墊層厚度的增加而減小，最大側向位移發(fā)生在加載板邊緣；最大向右側向位移量要大于加載板左側的。圖8c顯示：淤泥質土頂部側向位移量隨著砂墊層厚度的增加而減小，1.6 m厚增加至2.0 m厚側向位移該變量遠小于其他厚度工況的該變量。圖8d顯示：最大側向位移量發(fā)生在加載板右側邊緣，且相同位置處最大側向位移量隨砂墊層厚度的增加而減小。

圖8 不同砂墊層厚度工況下側向位移變化曲線

4 結論

本文采用FLAC3D建立三維數(shù)值分析模型，對交通荷載作用下道路地基中的側向位移進行了深入分析，并對加載荷位、輪壓和砂墊層厚度等設計指標進行了參數(shù)分析，主要得到以下結論：

a）側向位移沿水平方向呈先增大后減小的變化規(guī)律，并在加載板一側達到最大值，沿深度方向呈先增加后減小的變化規(guī)律。

b）板角加載工況為最不利荷位工況。整體上，地基中側向位移隨著輪壓的增加而增大，隨著砂墊層厚度的增加而減小。