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        基于ABAQUS在非飽和路基中高吸力土工布排水研究

        2018-04-28 05:35:30張佩浩胡天文
        建材與裝飾 2018年15期
        關(guān)鍵詞:土基非飽和土工布

        張佩浩 胡天文

        1 引言

        土工布廣泛應(yīng)用于巖土工程和環(huán)境工程,土工布在工程中可以起到多方面的作用,排水作用是其工程使用功能之一。土工布不僅可以沿垂直其平面的方向排水,也可以沿其平面方向排水。在多雨地區(qū)以及季節(jié)性凍脹地區(qū),道路或邊坡工程常出現(xiàn)雨水入滲土基軟化土體的情況,可引發(fā)眾多道路病害,故需盡快將土中水份排出,從而提高土基模量,增加道面服役壽命。本文通過對高吸力土工布在路基中排水的模擬研究,得出高吸力土工布對路基的排水規(guī)律,對工程實踐具有指導(dǎo)意義。

        2 問題描述與模型簡化

        為了便于研究土工布對路基水分排出的能力,試驗?zāi)P拖渫獗碜龇浪幚?,僅露出土工布進(jìn)行排水,如圖1所示。一段路基的橫截面滲流狀態(tài)不會沿路基長度的變化而有大的變化,因此在ABAQUS中將路基簡化為二維形態(tài),如圖2所示。

        圖1 高吸力土工布排水試驗箱

        圖2 二維狀態(tài)的排水試驗箱

        3 建模過程和具體參數(shù)的確定

        建立30cm×30cm的shell部件,通過分割功能創(chuàng)造中層空間賦予土工布其他層給予土壤。研究對象為滲流,限制所有節(jié)點(diǎn)的位移,因此力學(xué)參數(shù)并無影響。對于非飽和土,其滲透系數(shù)與飽和度有關(guān),而飽和度則通常被表示成基質(zhì)吸力的函數(shù),因此獲取非飽和土土水特征曲線至關(guān)重要[2]。通過FredlundSWCC儀獲取土水特征曲線并與滲透系數(shù)一并賦予材料屬性。采用Soils瞬態(tài)分析步,計算期為兩個月。土工布露出端定義荷載surfaceporefluid,幅值曲線如圖3。使用代表平面四節(jié)點(diǎn)的孔壓單元CPE4P劃分網(wǎng)格,提交任務(wù)。

        4 計算結(jié)果分析

        按照沿模型箱深度提取含水率和流線數(shù)據(jù)如圖4~5,可以看出路基水分表層最先降低,水分向土工布匯集并經(jīng)土工布排出模型箱外,前30d內(nèi)排水穩(wěn)定迅速,后期隨著非飽和土的飽和度降低基質(zhì)吸力增大,土工布排水速率降低。高吸力土工布在較大的非飽和程度范圍內(nèi)保持奪水能力。

        圖3 土工布露出端排水速度的幅值曲線

        圖4 模型箱在不同時刻不同深度處的含水率

        圖5 模型箱內(nèi)流體速度分量及大小

        [1]徐日慶,王景春.土工合成材料應(yīng)用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005,4.

        [2]費(fèi)康,彭劼.ABAQUS巖土工程實例詳解[M].北京:人民郵電出版社,2017,1.

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