加筋软土路基动力特性的影响因素研究.pdf

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1、李献民，等：加筋软土路基动力特性的影响因素研究·17·DOI：10．13379／j．issn．1003-8825．2014．04．04加筋软土路基动力特性的影响因素研究李献民，梁艳慧(1．河南省交通科学技术研究院有限公司，郑州450052；2．北京交通大学土木建筑工程学院，北京100044)摘要：基于土工格栅与软土地基的作用机理，建立了加筋软土接触面变形特性的模拟计算模型；借助有限元数值仿真计算方法分析研究了荷载形式、加筋层数、筋材位置、移动荷载等诸多因素对加筋软土路基力学性能、变形特性的影响。数值模拟计算结果表明：荷载作用形式对加筋软土路基表面位移的影响并不

2、显著；然而即使在移动荷载作用下加筋层数、筋材位置依然能够显著改善软土路基的动力及变形特性。关键词：加筋软土路基；动力特性；变形特性；影响因素；有限元分析中图分类号：TU447文献标志码：A文章编号：1003—8825(2014)04—0017—050引言果¨。。”。但考虑到加筋筋材与土体的接触面结构形针对土工格栅加筋土体结构问题进行动力分析式、动荷载条件下，加筋筋材作用机理的复杂性等，时，土工格栅与土体界面相互作用的模拟，一直是土目前有关加筋土计算方法的研究仍有待于进一步加力学计算分析过程中急需解决的关键难点之一。目强。为此，本文基于已有成果对土工格栅与土前，

3、国内外不少学者对动载作用下，加筋土结构的计动力相互作用机理进行了初步研究，应用有限元软算模型进行了很有成效的研究和探索。Ellen⋯等的研件的二次开发功能建立可用于模拟加筋土接触面变究成果表明：一定条件下的接触面一维模型和二维模形特性的计算模型，而后通过数值仿真分析研究探型的分析结果具有相似性，但一维模型在实际计算讨动荷载形式、加筋层数、筋材位置、移动荷载等中，呈现出模拟摩擦接触面不稳定性等方面的缺点。因素对加筋软土路基动力特性的影响。文献[2]中对美国加州大学UCLA加筋挡土墙的分析计算结果表明：如果忽略加筋材料与土体之间的相互1加筋软土动力计算模型作用将会

4、对加速度值过高估计。Unnikrishnan等假设从整体上看，动载作用条件下土工格栅与土之土体与加筋材料之间完全连结条件下，分别采用等间发生相对位移是不连续的，应用有限元计算时必效迭代线弹性法及弹性增量法，分析探讨了动载作须设置接触面单元，把此接触面假定为非线性弹簧用下加筋土的动力响应问题。Yegian等采用等效一粘滞器单元模型，见图1。为避免无厚度单元在弹簧一阻尼一质量块系统模型，模拟动载作用条件数值模拟计算过程中，出现两侧单元相互重叠的情下土工合成材料与土体接触面的相互作用特性，并况，可选用Desai薄单元作为接触面单元。将土工合成材料与土体接触面、土工合

5、成材料等效为一土层并分析研究了加筋土的动力特性J。在国内，很多研究人员也从试验、理论分析、数值仿真等方面，对加筋土在动载作用下的响应问题进行了图1单元模型探索⋯，且笔者业已在该领域内取得一定的成1．1加筋纵肋与软土动力作用模型加筋纵肋与土体之间的接触面动力摩擦特性，收稿日期：2o13—09—28基金项目：河南省省院科技合作项目(102106000040)；河南省交采用1个等效非线性弹簧、1个粘滞器和1个质量块通运输厅科技计划项目(2010P225)模拟。接触面的等效质量、刚度和阻尼分别取决于作者简介：李献民(1971一)，男，河南许昌人。教授级高级工程接触面的

6、土层厚度、土体模量(土体弹性压缩模量与师，博士，主要从事岩土与地下工程方面研究。E．mail：znlxm@sina．com等效剪切模量和阻尼比)。接触面的剪切刚度和阻尼路基工程·l8·SubgradeEngineering2014年第4期(总第175期)比参数的获取，可通过振动台试验得到的加速度与G=He(9)接触面滑动位移之间的滞回曲线计算出来。Fm(1)2加筋软土路基模型Ke：n模拟计算中，将土工格栅单元与土体单元分开式中：S为接触面的滑动位移；K为接触面等效剪考虑，在两种单元之间设置接触面单元进行空间动切刚度；F为通过接触面传递的最大剪力，即力有限元分析

7、。首先，建立加筋软土路基模型，在路基中进行三层加筋处理，利用加强筋壳单元模拟F：=M．·A：=—(2)加筋，而后进行计算分析。式中：，为接触面传递的最大加速度；W为接触面2．1计算模型几何参数的重量；M为接触面的质量。首先，将计算模型进行适当简化。线路走向为根据Desai等提出的刚度和概念向，竖向为Y向，路基侧面为向。两断面即z向位F移约束，两侧面即向以及地基部分采用无限单元Ke=(3)模拟。几何模型设计为：地基竖向深度取20．0m，路堤填筑高度6．5m，路面顶宽为28．0m，路堤边式中：A为土工格栅纵肋与土的接触面积。坡坡比为1：1．5。边界条件假设为：地表

8、设为透水堕：(4)KK：A～gSo4边