基于Midas-GTS綜合管溝及土工格柵對(duì)路堤沉降的影響分析

徐 江 平

(廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院,廣東 廣州 510060)

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基于Midas-GTS綜合管溝及土工格柵對(duì)路堤沉降的影響分析

徐 江 平

(廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院,廣東 廣州 510060)

結(jié)合南沙某道路工程實(shí)例，采用Midas-GTS軟件建立有限元模型，分析綜合管溝及加筋體對(duì)路堤上部荷載的分擔(dān)作用及路堤沉降作用的影響，結(jié)果表明地下構(gòu)筑物起到固定作用，土工格柵能夠發(fā)揮抗拉效果，綜合改善路堤的受力狀況，從而限制土體變形。

路堤沉降，有限元分析，綜合管溝，土工格柵

0 引言

綜合管溝，也叫地下管線共同溝，是指可以容納兩種或兩種以上市政公用設(shè)施管線(包括給水、中水、熱力、電力、電信等)的一種集約化、集成化的市政公用基礎(chǔ)設(shè)施。具有一次性綜合投入，避免重復(fù)開(kāi)挖地面；統(tǒng)一管理，方便維修，減少管理成本；改觀城市環(huán)境、容貌等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的市政公用管線的直埋敷設(shè)方法必須反復(fù)開(kāi)挖路面進(jìn)行施工，嚴(yán)重影響城市的交通與市容，干擾了居民的正常生活和工作秩序。相比傳統(tǒng)的市政公用管線單埋方式，城市綜合管溝具有明顯優(yōu)勢(shì)。

土工格柵加筋體能有效改善土體的工程性能，起到加固和穩(wěn)定土體的作用，是一種有發(fā)展前途的土工合成材料。在軟土路堤下新修綜合管溝，地下構(gòu)筑物起到固定作用，土工格柵能夠發(fā)揮抗拉效果，綜合改善路堤的受力狀況，從而限制土體變形，具有良好經(jīng)濟(jì)效益。本文基于Midas-GTS軟件分析地下構(gòu)筑物、加筋體對(duì)路堤沉降的影響。

1 工程概況

確保道路及綜合管溝正常運(yùn)營(yíng)要求，對(duì)該路段路堤采用土工格柵進(jìn)行加固。

2 有限元模型

2.1 土體本構(gòu)模型

由于粘性土體具有明顯的流變特性和非線性塑性，在實(shí)際分析中土體單元多采用彈塑性本構(gòu)關(guān)系，屈服函數(shù)采用Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則(M-C準(zhǔn)則)。M-C彈塑性本構(gòu)模型具有表達(dá)簡(jiǎn)單、模型參數(shù)少、通過(guò)試驗(yàn)易獲取等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工程計(jì)算分析中經(jīng)常采用。

2.2 其他結(jié)構(gòu)本構(gòu)模型

土工格柵是一種只能受拉不能受壓的柔性材料，它具有高抗拉強(qiáng)度，良好的柔性、延展性和高抗疲勞性能。本文中土工格柵的本構(gòu)關(guān)系取為線彈性材料。綜合管溝為混凝土結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度高，變形小，采用梁?jiǎn)卧M。

2.3 有限元模型

本次數(shù)值模擬基于Midas-GTS平臺(tái)采用二維地層結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行計(jì)算，考慮到路堤的實(shí)際受力情況，將模型作適當(dāng)簡(jiǎn)化。計(jì)算幾何模型：公路路堤寬64 m，路堤本體高9 m，地基深度為35 m，線路縱向取1 m。路堤模型分3種情況進(jìn)行模擬分析：1)原狀土路堤；2)管溝作用下的路堤；3)管溝+格柵作用下的路堤。

計(jì)算模型的側(cè)面受X軸方向位移約束，地層下部邊界受到Y(jié)軸方向位移約束。格柵作用下，邊界條件為格柵上部土體有一個(gè)豎向自由度,其余部位自由度不變。計(jì)算模型見(jiàn)圖2。

為量化管溝、格柵對(duì)路堤沉降作用影響，設(shè)計(jì)對(duì)比模擬：先分析原狀土的路堤沉降作用，再者對(duì)管溝和格柵作用后路堤沉降情況進(jìn)行分析。

2.4 計(jì)算參數(shù)的選取

土工格柵鋪設(shè)于管溝上方路堤邊坡下，土工格柵的彈性模量為4 320 MPa，泊松比為0.1，容重為0.03 kN/m3，厚度為0.002 m。模型計(jì)算參數(shù)及材料屬性見(jiàn)表1。

表1 材料屬性參數(shù)

土層彈性模量為經(jīng)過(guò)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理后土層參數(shù)。管溝結(jié)構(gòu)采用混凝土參數(shù)。

3 模擬計(jì)算結(jié)果及分析

3.1 路堤沉降云圖

1)原狀土體情況下道路沉降兩邊低中間高，差異沉降(路中與路緣位置沉降差值)大(見(jiàn)圖3)。

2)管溝和管溝及格柵體情況下路堤最大沉降位于管溝與路堤中間中點(diǎn)附近，沉降曲線為“W”形，與理論分析較為吻合(見(jiàn)圖

4，圖5)。

3.2 管溝對(duì)路堤沉降的影響

管溝結(jié)構(gòu)類似剛性基礎(chǔ)，起到固定作用，能明顯降低路中沉降值。對(duì)比原狀土路堤及管溝路堤沉降云圖，管溝路堤路中最大沉降值為13.3 cm，原狀土路堤路中最大沉降值為21.7 cm，下降40%。且沉降變化更均勻，管溝路堤差異沉降(路中與路緣位置沉降差值)為6.7 cm，原狀土路堤差異沉降為14.7 cm。

3.3 加筋體對(duì)路堤沉降的影響

對(duì)比管溝路堤和管溝結(jié)構(gòu)加筋體路堤沉降模擬計(jì)算結(jié)果分析得出，加筋體能有效降低路堤沉降，路中最大沉降值從13.3 cm降低至10.4 cm，路堤外邊緣沉降值從6.6 cm降至5.1 cm。

土工格柵能有效地抑制路堤的豎向和側(cè)向變形，對(duì)地基沉降起到均化作用，并能有效傳遞荷載至路堤坡腳及管溝處，提高路堤的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合南沙市政道路項(xiàng)目的設(shè)計(jì)分析，可得出以下結(jié)論：管溝結(jié)構(gòu)及加筋體對(duì)路堤沉降調(diào)節(jié)作用明顯。結(jié)構(gòu)物的存在能有效分擔(dān)路堤上部荷載，加筋體使路堤荷載分布更加均衡，從而降低路堤沉降和差異沉降。在路堤沉降治理中，采用管溝加加筋體的分擔(dān)組合能取得明顯經(jīng)濟(jì)效益。

[1] GB 50007—2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JTG D30—2014，公路路堤設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 張 麗，李雅琦.基于midas/GTS的土工格柵加筋路堤邊坡的有限元分析[J].城市建設(shè)理論研究(電子版)，2012(35)：11.

[4] GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Analysis on the impact of utility tunnel and geogrid upon embankment settlement on the basis of Midas-GTS

Xu Jiangping

(GuangzhouMunicipalEngineeringDesignAcademyHeadquarter,Guangzhou510060,China)

By the Nansha road project, using Midas-GTS software establish the finite element model to analyze influence of utility tunnel and geogrid-reinforced embankment, indicate that the utility tunnel to take the effect of fixation, the geogrid can exert the tensile effect to reduce soil deformation.

embankment settlement, finite element analysis, utility tunnel, geogrid

1009-6825(2016)11-0159-02

2016-01-25

徐江平(1989- )，男，助理工程師

U416.12

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