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数值分析模型的建立及斜坡软弱地基路堤力学行为研究

【摘要】:此处,应用荷兰开发的有限元软件Plaxis,建立如图4-10所示的斜坡软弱地基路堤全结构平面应变数值分析模型,地基宽度为120 m,依据《铁路路基设计规范》[4],选取路堤顶面宽为7.5 m,路堤边坡坡比为1∶1.5,路堤填高为8 m,地面横坡坡比为1∶m,软弱层厚度为Hw,软弱层层顶至地基顶面的距离为H。

此处,应用荷兰开发的有限元软件Plaxis,建立如图4-10所示的斜坡软弱地基路堤全结构平面应变数值分析模型,地基宽度为120 m,依据《铁路路基设计规范》(TB 10001—2005)[4],选取路堤顶面宽为7.5 m,路堤边坡坡比为1∶1.5,路堤填高为8 m(以路堤中心线标高为准),地面横坡坡比为1∶m(m=5、7.5、10、12.5、15、17.5、∞,当m=∞时,即退化成为普通水平地基),软弱层厚度为Hw(m)(Hw=1、2、3、4、5、6),软弱层层顶至地基顶面的距离为H(m)(H=0、1、2、3、4、5)。显然,该模型能综合考虑软弱层土体模量Ew、地面横坡坡比1∶m、软弱层厚度Hw和软弱层层位H四个软弱层性状核心因素。

图4-10 斜坡软弱地基路堤计算模型示意(单位:m)

采用高精度15节点三角形单元自动剖网方法离散模型,并适当加密路堤及荷载影响范围内的网格密度,模型两侧施加水平向位移约束,底侧施加双向位移约束,以模拟斜坡软弱地基在长带状路堤自重荷载作用下的压密沉降。计算时先通过K0加载、重力加载两种方式分别获得水平地基和斜坡地基的初始应力,然后模拟路堤的水平分层分步建造,获得土体的侧向变形与竖向沉降。土体的本构模型采用Mohr-Coulomb模型,土体材料参数参考文献[11,8],如表4-2所列。

表4-2 计算模型土体材料参数

注:① 当Ew=300 MPa时,斜坡软弱地基路堤退化成为普通斜坡地基路堤。
② 当H≠0时,软弱层上覆土体与下卧刚硬层土体材料参数一致。