高填斜坡路堤加筋變形性特征數(shù)值分析

谷訓彥 楊 森

(1.陽西縣交通運輸局地方公路管理站，廣東 陽江 529500; 2.中國市政工程西南設計研究總院有限公司，四川 成都 610000)

1 概述

在路基中鋪設加筋材料是降低路基土體沉降量、提高土體穩(wěn)定性的一種有效措施。因此，在高填方路基工程中，土工加筋技術得以大量使用。本次以南方地區(qū)某高速公路紅層填料填筑路堤為研究對象，進行室內試驗，獲得填料的物理力學參數(shù)，在加筋與非加筋的狀態(tài)下,采用FLAC3D軟件模擬斜坡路堤的變形特征，分析其變形破壞的基本特征。

2 計算方案與計算條件

2.1 模型概況

路基模型具體尺寸：沿公路延伸方向取單寬厚度10 m，寬度25 m，高度24 m。設置兩級邊坡，第一級邊坡坡度1∶ 1.5，高度8 m，第二級邊坡坡度1∶ 1.75，高度16 m，并在兩級邊坡設置1.5 m的平臺。斜坡長150 m，高54 m，斜坡坡率為1∶ 3.5。依據實際施工情況，筋材在鋪設的時候往斜坡里面深入1 m，路堤下部為土質地基。

為盡量降低邊界條件對最終結果產生的影響，沿路堤深度和寬度延長1倍左右的長度。

2.2 模型邊界條件

建立模型時，對底部水平方向和垂直方向的位移進行約束，即底部采用位移邊界條件；側面則僅對水平位移進行約束。

2.3 材料計算參數(shù)的確定

在進行有限差分數(shù)值模擬計算時，采用摩爾—庫侖破壞準則，綜合拉拔試驗，三軸試驗，最終相關介質主要物理力學參數(shù)參見表1，表2。

表1 計算模型物理力學參數(shù)

表2 土工格柵單元物理力學參數(shù)

3 計算結果及其分析

3.1 加筋對填土路堤豎向位移的影響

3.1.1路堤頂面豎向位移

從圖1可以看出，加筋之后頂面豎向位移明顯減少，加筋前后豎向位移最大值由0.104 m降到0.086 m，降低幅度為16.8%，右邊的下降幅度普遍要比左邊的下降多，與實際的工程相符合，這一結果說明土工格柵合成材料對限制路堤垂直方向移動起到了一定作用。

3.1.2填土路堤中心豎向沉降

由圖2知，最大位移由加筋前0.101 6 m減少到加筋后0.086 36 m，降低幅度為16.56%，且加筋前后最大值由0.08 m減小為0.001 164 m，最小值由0.102 3 m降低到0.000 56 m。其變化更加平穩(wěn)、均勻。距離路堤中心線越遠，加筋前后路堤中心線豎向沉降差異越不明顯，加筋效果越不明顯。

3.1.3填土路堤中心線豎向沉降

由圖3知,路堤填土高度越大,豎向位移越大。在距離原路基24 m處,加筋前豎向位移為0.103 m，加筋后降低到0.088 m,降低了14.56%。說明土工加筋材料對減小路基垂直方向位移效果明顯。

3.1.4差異沉降值

差異沉降值，即同一水平面上最大沉降值與最小沉降值之間的差值，可從某種程度上反映路堤的沉降情況和受力特性。

從圖4可以看出：加筋前，在距離路面5 m處時，豎向位移最大值為0.103 7 m，豎向位移最小值為0.017 2 m，差異沉降值為0.086 5 m。加筋后，在距離路面5 m處時，豎向位移最大值為0.086 1 m，豎向位移最小值為0.025 2 m，差異沉降值為0.060 9 m。差異沉降值由加筋前的0.086 5 m減小到加筋后的0.060 9 m，降低了29.60%。因此，路堤中鋪設加筋材料后，可有效減小路堤的不均勻沉降，使得路堤受力更均勻。

3.2 填土路堤水平位移

3.2.1中心線水平位移

由圖3與圖4對比可知，加筋前后水平位移在中間處出現(xiàn)最大沉降，路堤上部變化較均勻。

由圖5可以看出，加筋后水平方向的位移更加均勻。由于邊界條件的限制，斜坡地基處約1/3處出現(xiàn)向斜坡里鼓的“盆腔”。加筋之后水平的位移最大值由0.031 21 m降到0.018 99 m，降低幅度為39%。加筋對于水平位移的抑制起到了一定作用。

3.2.2坡面水平位移

由圖6知，加筋使得路堤坡面的水平位移明顯減小，坡面水平方向位移最大值由加筋前0.059 2 m減小到0.029 1 m，減小了51%，且最大值與最小值的差值也大幅度減小，因此，坡面加筋是對坡面穩(wěn)定性較好的處理方式。

4 結語

通過定量分析，進一步驗證以下結論：

1)斜坡地基上高填土方路堤變形以沉降為主，同時有向斜坡下方滑移的趨勢。

2)路堤中鋪設加筋材料可有效減小斜坡地基上填土路堤的水平位移，對改善高填路堤中上部坡面水平位移效果比較明顯。

3)鋪設加筋材料后，路堤受力更均勻，同一水平面路堤差異沉降差明顯減小，加筋有效減小路堤的不均勻沉降的效果較明顯。