申宏敏

(遷安市交通局運(yùn)輸局，河北 遷安 064400)

山區(qū)拓寬公路擋土墻路基的受力與變形特征

申宏敏

(遷安市交通局運(yùn)輸局，河北 遷安 064400)

側(cè)重分析山區(qū)拓寬公路擋土墻路基的受力與變形特征，希望對于改建山區(qū)公路可以起到一定作用。

山區(qū)；拓寬公路；擋土墻；路基受力；變形特征

1 計(jì)算方法

(1)計(jì)算模型

對于山區(qū)拓寬公路擋土墻路基受力與變形的計(jì)算，就是對公路擋土墻、老路基、新路基相互影響的情況下的擋土墻路基受力與變形予以計(jì)算，這必然會加劇計(jì)算工作的復(fù)雜性、繁瑣性和難度性。對此，基于改造公路基本情況及要求，應(yīng)當(dāng)采用有限元方法分析，模擬材料的非線性與狀態(tài)的非線性。而道路又為條帶形的結(jié)構(gòu)物，其受力狀態(tài)又是典型的平面應(yīng)變問題。所以，采用二維有限模型來分析擴(kuò)寬公路擋土墻路基的受力與變形是非常適合的。

(2)計(jì)算流程

結(jié)合改造工程的基本情況，可以規(guī)劃構(gòu)成其有限元分析模型。因改造公路工程的路基是由老路路基、新路路基、天然地基、擋土墻構(gòu)成。因此，利用此拓寬公路模型，可以得到拓寬公路路基各組成部分的計(jì)算參數(shù)(如表1所示)。即為：①將新路基與擋土墻單元設(shè)置為空單元，分析地基與老路基的受力情況，進(jìn)而明確地基與老路基在自身重力作用下所發(fā)生的位移。②在保持模型及網(wǎng)格不變的情況下，重新設(shè)置新路基單元和擋土墻單元的空單元，在對新舊路基進(jìn)行施力，促使兩者重力的作用下地壓平衡。③模擬公路工程，將新路基與擋土墻施工的每個環(huán)節(jié)都設(shè)置成實(shí)單元，在對新路基與擋土墻進(jìn)行施力，利用增量迭代法來進(jìn)行計(jì)算，觀察路基頂面沉降情況及擋土墻土壓力大小和分布。④計(jì)算施工后，對路基頂面的沉降數(shù)據(jù)及擋土墻的壓力數(shù)據(jù)予以記錄。

(3)拓寬路基擋土墻墻背受力數(shù)值模擬

對拓寬公路路基擋土墻墻背受力數(shù)值進(jìn)行模擬，驗(yàn)證模擬結(jié)果是為了驗(yàn)證分析結(jié)果是否可靠。具體的做法是選取拓寬公路的兩個斷面擋土墻壓力，對其進(jìn)行土壓力實(shí)測和有限元結(jié)果分析，經(jīng)過驗(yàn)證確定為利用有限元方法來分析山區(qū)拓寬公路擋土墻路基受力與變形特征是非?？尚械?。

表1 拓寬路基各組成部份計(jì)算參數(shù)

2 山區(qū)拓寬公路擋土墻路基受力與變形特征分析

(1)不同工況情況下公路擋土墻路基的受力與變形規(guī)律分析

基于以上對山區(qū)公路擋土墻路基受力與變形的有限元分析模型及計(jì)算，對公路工程擋土墻路基的某些因素進(jìn)行分析，進(jìn)而探究山區(qū)拓寬公路擋土墻路基受力與變形的基本特征。

①拓寬寬度因素分析

原山區(qū)公路的寬度為4.5 m，假定拓寬寬度為2～6 m，利用模型來分析不同拓寬寬度的公路擋土墻路基受力與變形影響情況，所得到的分析曲線(如圖1所示)，由此可以確定隨著山區(qū)公路拓寬寬度的增加，公路的不協(xié)調(diào)變形值將會增加，那么不協(xié)調(diào)變形的總趨勢也將增大，山區(qū)拓寬公路擋土墻受力變形的程度也會隨之變化。

圖1 寬度對新路頂面不協(xié)調(diào)變形的影響

②新路基填筑材料因素

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，擋土墻墻背的填筑材料，應(yīng)當(dāng)選用壓縮性能佳、透水性好的填筑材料，這有利于增強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)的承受能力。但是，不同填筑材料之間也存在一些差異，所以明確填筑材料與拓寬公路擋土墻受力與變形特征之間存在的規(guī)律，對規(guī)范、合理的建設(shè)山區(qū)拓寬公路有很大作用。為了驗(yàn)證新路基不同填筑材料的影響，將填筑材料的壓縮模量參數(shù)作為已知變量，分別選用不同壓縮膜量的填筑材料，利用拓寬公路擋土墻路基的受力與變形特征的有限元分析模型來進(jìn)行分析，由此可以確定新路基填筑材料對公路擋土墻路基有一定影響，即隨著填筑材料壓縮模量的增加，擋土墻路基受力變形程度將減小，在新路基填筑材料壓縮模量相似或超過老路基的壓縮模量時，擋土墻受力變形最小。

③老路基邊坡坡角因素

因老路坡度60°，為了分析坡度對公路加寬的影響，在此假定老路邊坡坡度分別為70°、60°、50°、40°，同樣是基于有限元分析模型，計(jì)算各種邊坡坡度的公路擋土墻壓力分布和位移情況，利用所計(jì)算的結(jié)果來繪制公路擋土壓力分布和位移曲線(如圖2所示)，由此可以確定，隨著老路邊坡坡度的增大，公路擋土墻壓力分布和位移越來越大，這充分說明老路基邊坡坡度對山區(qū)拓寬公路擋土墻受力與變形有很大影響。

(2)山區(qū)拓寬公路擋土墻路基的受力與變形特征

基于以上對影響山區(qū)拓寬公路擋土墻路基的各種因素予以分析，可以確定公路拓寬寬度、原公路路基坡度、新路基填筑材料均會影響擋土墻路基的受力與變形。具體表現(xiàn)為：①隨著公路拓寬寬度的增加，擋土墻路基受力變形程度將不斷加大。②原公路路基坡度大，擋土墻路基受力變形程度加大；反之，則減小。③新路基填筑材料壓縮模量的增加，會使擋土墻路基受力變形程度減小，而在填筑材料壓縮模量相似或超過老路基的壓縮模量時，擋土墻路基受力變形最小。

圖2 不同坡度下公路擋土墻土壓力分布和位移曲線

[1] 萬智,鄧宗偉,劉寶琛，等.山區(qū)拓寬公路擋土墻路基的受力與變形特征分析[J].巖土力學(xué),2011,28(5):921-926,938.

[2] 蔣鑫,耿建宇,曾誠，等.山區(qū)公路拓寬路基與衡重式擋土墻動態(tài)相互作用的數(shù)值模擬[J].巖土力學(xué),2014(Z1):443-450.

[3] 王赟峰.山區(qū)拓寬公路路基擋土墻的受力變形特征分析[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2013，(18).

[4] 楊靜.山區(qū)公路路基改擴(kuò)建技術(shù)研究[D].重慶交通大學(xué),2013.

2016-10-30

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