科技信息 ０本刊重稿０ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２００９年第３３期 土工格栅处理公路拓宽路堤不均匀 沉降有限元仿真分析 李云虎叶秀强（中国市政工程中南设计研究院【摘杨继文 湖北 武汉４３００１０） 要】本文采用ＡＤＩＮＡ非线性有限元分析软件，对土工格栅处理公路拓宽路堤变形进行仿真计算和分析，对土工格栅处理拓宽路堤 不均匀变形的作用效果进行分析，表明土工格栅对减小路堤不均匀竖向附加变形、侧向位移有显著效果，为拓宽设计提供了理论依据。同时对 ２ｍ、４ｍ、６ｍ高路堤分别布置沉降观测点，利用实际观测结果对计算模型进行验证和修正，为该仿真成果推广应用积累经验，并作进一步研究之 用。 【关键词】土工格栅；拓宽；不均匀沉降；有限元；仿真 公路拓宽工程中，控制新老路基堤的不均匀沉降是技术难点。经 （１—２ｕ １一Ｕ））Ｅｓｆ３１得出，Ｅ。为变形模量，Ｅｓ为压缩模量，Ｕ为泊松比。 过多年的应用实践，将土工格栅应用于公路拓宽，以减小和延缓路堤 ２．２土工格栅模型 的横向不均匀沉降，已得到公路工程界的广泛认可。对土工格栅加筋 土工格栅采用２Ｄ—ＢＥＡＭ模型．材料模型采用弹性线性模型．杨 机理和效果的研究，国内外许多学者从各方面做了研究工作，提出了 氏模量为２ＧＰａ，在大变形条件下求解。 各自的观点，特别是有限元方法的应用，成为土工格栅加筋机理理论 ３．变形分析 研究的有力工具 １．有限元计算几何模型 采用的有限元计算图示如图１所示： ３．１不均匀沉降控制标准 根据参考文献『２］，本文将横坡坡度改变不超过０．５％作为控制标 准．相应的不均匀沉降控制在８ｃｍ以内。 ３．２不同填高路堤的变形及加筋效果分析 （１）填高为２ｍ路堤的变形分析 如图２所示．填高为２ｍ路堤顶面沉降沿道路断面的仿真结果 （左右对称，只画出左半部分，下同）。结果表明，未加筋时，路堤顶面最 大竖向位移在离路堤边缘约０．５ｍ处，为７．６ｅｒａ，在路中的附加位移为 ０．１ｃｍ，则由不均匀沉降产生的横坡坡度变化为０．０７５ｍ／１５．５ｍｘｌＯ０％＝ 水 亚 方 向 约 ０．４８％＜Ｏ．５％，所以对于２ｍ和２ｍ以下的拓宽路堤只需进行挖台阶处 理．不需要加土工格栅．便能满足要求。 ０ ０ １。２ ０ ３。４。５。８。７ Ｏ ８ ０ ｇ。１０。 １ ０ １ ２ ０”。ｌ４ ‰ １＆０ 一 柬 垂直方向约束 图１ 有限元计算图示（只画出左半幅） 有限元计算模型说明： （１）本文分别取２ｍ、４ｍ、６ｍ三个路堤高度，按平面应变问题进行 仿真分析。 （２）荷载标准参考《公路工程技术标准ＪＴＧ Ｂ０１—２００３））中的规定， 图２ ２ｍ路堤顶面竖直方向位移沿横断面变化图 距离（ ） 言０ 三 ｃ… 暑 ； 盖 暑 三 暑 ： ∞０ Ｈ—； ； ０ ００ ； ｉ ０ ０２ Ｏ４ 在拓宽的车道上布置一辆重车，考虑到刚性路面的荷载扩散作用，采 用均布荷载形式，计算如下：５５０ＫＮ／（４ｍｘ１３．５ｍ）×ｌｍ＝１０．２ＫＮ／ｍ，取 １０ＫＮ／ｍ。同时将路面结构层采用荷载形式作用于路基，取路面结构层 密度为２２ＫＮ／Ｍ３，厚度为ｌｍ；由于老路堤多年的荷载作用下，钻探结果 表明原地基土质很好，认为沉降已经完成．故只将荷载加在拓宽路堤 顶面，并只考虑新填路堤对地基的重力作用。 ＿ｏ ０６ ＿０ Ｏ８ ＿ｏ １０ ０ １２ Ｅｊ 三 距离（ｍ） ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ 图３ ４ｍ路堤加筋前后竖直方向变化沿横断面变化图 ０ ０ 一 ２．材料计算参数 ２．１土体计算模型 岩土材料在ＡＤＩＮＡ软件中有很方便的莫尔一库仑模型可以使用， ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ 。 ２ ＝ 譬 ２ 三 ０ ０００ ０ ０１０ ０ ０２０ 该模型所需要的计算参数为变形模量、泊松比、内聚力和内摩擦角。如 ＃ ０ ０３０ 表１所示 表１土体计算参数表 变形模量（ＭＰａ） 密度（ｋｇ／ｍ ） 泊松比 粘聚力Ｃ（ＫＰａ） 内摩擦角中（。１ 地基１ 地基２ 老路堤 新路堤 １３ ３．３ ９ ２，２ １９００ ｌ９００ １９０ｏ ｌ９００ ０ ３５ ０．３５ Ｏ３５ ０．３５ ５０ ３０ ４０ ３０ １６ １４ １５ ｌ４ ０ ０４０ ０ ０５０ ＿ ｌ三巫 图４ ４ｍ路堤顶面加筋前后水平方向变化沿横断面变化图 （２）填高为４ｍ路堤的变形及加筋效果分析 图３为４ｍ路堤顶面加筋前后沉降沿道路横断面的仿真分析结 果。结果表明，未加筋时，路堤顶面最大竖向位移在离路堤边缘约 ０．５ｍ处．为１Ｏ．８ｃＩｎ．路中沉降为１．８ｃｍ，不均匀沉降为９ｅｒａ；加筋后路 堤顶面最大竖向位移在离路堤边缘约２ｍ处，为８．５ｃｍ，路中沉降为 ２ｃｍ，不均匀沉降为６ ５ｅｒａ。横坡坡度变化为０．０６５ｍ／１４ｍｘｌ００％＝ 其中，变形模量通过地质钻探报告给出的压缩模量，由公式Ｅ０： ０．４６％．满足要求。加筋比未加筋最大绝对沉降减小了２１Ｉ３％，不均匀 ２７ 科技信息 ０本刊重稿０ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２００９年第３３期 沉降减小了约２７．８％ 图４为４ｍ路堤顶面加筋前后水平方向位移沿道路横断面仿真 分析结果。结果表明，未加筋时，路堤顶面水平方向最大位移在离路堤 边缘约０．５ｍ处．为４．５ｃｍ；加筋后路堤顶面最大水平方向位移在离路 堤边缘约３ｍ处．为２．７ｅｍ。加筋比未加筋的水平方向最大位移减小了 约４０％。 最大沉降 表２分析结果汇总表 ２ｍ路堤 ４ｍ路堤 ６ｍ路堤 未加筋 未加筋加筋后减小百 未加筋加筋后 减小百 （Ｃ１］１） （ｃｍ）－（ｃｍ） 分比 （ｃｍ） （ｃｍ） 分比 ７ ６ １０．８ ４．５ ８．５ ２ ７ ２１．３％ ４０．０％ １４．１ １１．７ １７．０％ ３７．３％ （３）填高为６ｍ路堤的变形及加筋效果分析 图５为６ｍ路堤顶面加筋前后沉降沿道路横断面仿真分析结果。 最大水平位移 ５．１ ｆ ３．２ 不均匀沉降 ７．５ ９ ６．５ ２７ ８％ ９．７ ７ Ｏ ３Ｏ％ 结果表明，未加筋时．路堤顶面最大竖向位移在离路堤边缘约０．５Ｉｌｌ 处，为１４．１ｃｍ，路中沉降为４．４ｅｒａ，不均匀沉降为９．７ｃｍ；加筋后路堤顶 面最大竖向位移在离路堤边缘约２ｍ处，为１１．７ｃｍ，路中沉降为 ４．７ｃｍ，不均匀沉降为７．ＯｃＩＩ１。横坡坡度变化为０．０７ｍ／１４ｍｘｌＯ０％＝ ０．５％，满足要求。加筋比未加筋最大绝对沉降减小了１７．０％，不均匀沉 ４．结论与展望 ４．１通过有限元计算分析，可以看出用土工格栅处理公路拓宽工 程中新老路堤的不均匀沉降效果非常显著。 分析其作用机理主要体现在以下几个方面：１．由于土工格栅与 土体的摩擦作用，对路堤顶面的侧向位移有很好的限制作用，从而有 效减小ｒ路堤顶面的绝对沉降和路边与路中之间的相对沉降；２．加筋 作用减小了路堤底面的最大压应力，使地基顶面的压应力变得更加均 匀．缓和了地基的不均匀沉降。 ４．２由于本文的分析建立在简化模型的基础Ｉ二．计算结果与实际 情况肯定会有一定误差。因此，为了完善模型，并为今后类似工程的推 广应用积累经验．笔者拟进行工后路堤变形跟踪观测。在２ｍ、４ｍ、６ｍ 降减小了约３０．０％． ．距离‘ｍ） ０ ０ ０ ＮＨ ０ ０ ０ ０ 。 。 ０ 。 。 。 。 。 。 ０ 。 。 ∞ 。 。 ０ ０ ００ －。∞ 一０ ０６ 静 ０ ０９ ０ １２ Ｉ巨三 Ｅ三 图５ ６ｍ路堤顶面加筋前后竖直方向变化沿横断面变化图 距离ｔｍ） 堤高的横断面上分别布置沉降观测点，并且每种断面至少布置三处。 在工后半年内每月进行一次数据采集，以后每三个月进行一次数据采 集。由于有限元仿真汁算本身的局限性，有限元计算模型与实测结果 的差异在１Ｏ％以内，可认为本文的计算模型适用。若大于１０％，则对 原有模型进行修正。 兰０ 三 Ｈ 品 暑ｎ ： 盖 暑 ¨ 三 ｌ 詈∞ ； ０ ； ； — ； ； 【参考文献】 ［１ １蒋鑫，邱延峻．旧路拓宽全过程三维有限元分析．工程地质学报，２００５，１３（【）３１： ４１９—４２３． ［２］苏超，徐泽中．高速公路拼接段地基处理设计分析方法与工程实践ｌ ＪＩｌ工程地 Ｉ二＝圭塑墅＝＝ ：塑墅壁 图６ ６ｍ路堤顶面加筋前后水平直方向变化沿横断面变化图 质学报，２０００，８（１）：８１—８５ 『３］陈希哲．土力学地基基础．清华大学出版社，１９９８，１，第三版． ［４］孙伟，龚晓南，孙东高速公路拓宽工程变形性状分析中南公路工程，２００４，２９ 图６为６ｍ路堤顶面加筋前后水平方向位移沿道路横断面仿真 分析结果。结果表明，未加筋时，路堤顶面水平方向最大位移在离路 堤边缘约０．５ｍ处．为５．１ｃｍ：加筋后路堤顶面最大水平方向位移在离 路堤边缘约３ｍ处，为３．２ｅｒａ。加筋比未加筋的水平方向最大位移减 小了约３７－３％。 综上所述，加筋前后仿真分析结果见表２。 （４）：５３－５５． ［５］陈群，朱分清，何昌荣加筋土本构模型研究进展．岩土工程技术，２００３，６：３６０— ３６３ ※武汉市建委资助项目：武Ｌ￣－［２００５１９４号（３）。 ［责任编辑：张慧］ （上接第３２页）如师资严重不足、学生自身素质参差不齐和教师积极 性不高等问题 开展双语教学的教师要具备一定的英语基础，才能充分调动学生 教训ｌ，深入开展双语教学实践。而对于双语教师本人来说，不但要有扎 的积极性，真正帮助学生学习，做到师生互动，共同发展，因此提高教 实的英语基础，还要有深厚的专业功底，所以要不断学习，不断更新自 双语教学是我国现今教育改革的一个热点话题，是我国与国际接 轨．教育改革的必然趋势。在实施双语教学的过程中，要不断总结经验 师的英语水平是学校开展双语教学工作的一个重要组成部分 教师是 己的知识，从而更好地为教学服务。 双语教学成败的关键。这就要求教师事前做好充分的准备，对即将讲 授的内容十分熟悉，吃透英文原版教材，充分理解和掌握各个知识点 【参考文献】 ［１］张鹏教师是双语教学成败的关键ｌ Ｊ１．教学策略，２００６，８ 的重要程度，保证双语教学的顺利开展。 大学双语教学现状及对策『Ｊ１．科技资讯，２００６，２８． 双语教学．不仅对教师提出了很高的要求，对学生素质的要求也 ［２］索妮．［３］庞皓．对《计量经济学》课程建设的若干思考ｌ Ｊｌｌ统计教育，２００４，３． 相当高。由于学生之间外语水平差距较大，教师进行双语教学效果好 ［４］张谦．关于建立双语型大学的论证与思考ｒ Ｊ１ｌ教育科学，２００１，（４）：６０． 坏不一致，在计量经济学双语教学实施的初期，对学科双语教学的内 容应由浅人深，循序渐进。如首先采用英文板书、中文讲授的方法，较 ［５］胡荣才，王亚雄．本科《计量经济学》教学中几个问题的思考『ＪＩ．统计教育 ２００６，９． 为浅显的内容用英文讲，重点和难点用中文讲解。随着学生英语水平 ［６］胡朝霞《计量经济学》本科教材：问题与改革ｆＪ １ｌ统计教育，２００４，２． 的提高，尤其是逐步适应后，再提高英语讲授的比重，最后过渡到英文 教学为主。 作者简介：王丽丽（１９８２一），女，安徽蚌埠人，华中科技大学硕士研究生，合 为了采用双语教学，教师要花费更多的时间进行学习和备课，我 肥学院数理系助教。 校为双语课程提供了一定的经费支持，满足教师开展双语教学的必要 需求，提高了教师开设双语课程的积极性，为双语教学的顺利开展提 ※基金项目：合肥学院教研基金项目：２００８ｊｙｘｍ２８ｙｂ。 ［责任编辑：王静］ 高有力的保障 ５．结束语