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斜坡软弱地基填方工程数值仿真

蒋鑫 魏永幸 邱延峻

蒋鑫, 魏永幸, 邱延峻. 斜坡软弱地基填方工程数值仿真[J]. 交通运输工程学报, 2002, 2(3): 41-46.
引用本文: 蒋鑫, 魏永幸, 邱延峻. 斜坡软弱地基填方工程数值仿真[J]. 交通运输工程学报, 2002, 2(3): 41-46.
JIANG Xin, WEI Yong-xing, QIU Yan-jun. Numerical simulation of subgrade embankment on sloped weak ground[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2002, 2(3): 41-46.
Citation: JIANG Xin, WEI Yong-xing, QIU Yan-jun. Numerical simulation of subgrade embankment on sloped weak ground[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2002, 2(3): 41-46.

斜坡软弱地基填方工程数值仿真

基金项目: 

铁道部科技教育司项目 2001G011

详细信息
    作者简介:

    蒋鑫(1976-), 男, 瑶族, 湖南永州人, 西南交通大学博士生, 从事道路路基路面工程研究

  • 中图分类号: U213.1

Numerical simulation of subgrade embankment on sloped weak ground

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    Author Bio:

    JIANG Xin(1976-), male, a doctoral student of Southwest Jiaotong University, engaged in research of road subgrade and pavement engineering

  • 摘要: 针对西南地区软弱地基, 运用GEO-SLOPE软件, 对在斜坡软弱地基上填筑路堤时路堤与地基的应力与变形进行了仿真计算, 比较了水平软弱地基与倾斜软弱地基路堤填筑的差异, 并分析了在不同地层坡度、软弱土层厚度及路堤填筑高度下路堤地基的应力与变形响应, 尤其是下坡脚处等重要部位的关键响应。并结合渝怀线一代表性断面, 对有无工程措施、各种工程措施的效果等进行了模拟。研究结果为工程设计与施工提供了进一步的科学指导。

     

  • 图  1  垂直方向上的附加应力

    Figure  1.  Distribution of vertical additional stress

    图  2  地基表面任一点与荷载中心点竖向位移差值曲线

    Figure  2.  Difference curve of vertical displacement between any point and load central point on ground surface layer

    图  3  水平软弱地基填方工程网格划分

    Figure  3.  Grid of embankment on horizontal weak ground

    图  4  斜坡软弱地基填方工程网格划分

    Figure  4.  Grid of embankment on sloped weak ground

    图  5  代表性断面计算示意图

    Figure  5.  Sketch of typical cross-section of Yu-huai railway embankment

    图  6  代表性断面不同工况下的有限元计算模型

    Figure  6.  FEM model of typical cross-section under different conditions

    图  7  软弱水平地基填方工程变形前后网格示意

    Figure  7.  Deformation grid of embankment on horizontal weak ground

    图  8  软弱倾斜地基填方工程变形前后网格示意

    Figure  8.  Deformation grid of embankment on sloped weak ground

    图  9  软弱水平地基与软弱倾斜地基地层表面水平位移曲线

    Figure  9.  Horizontal displacement curve of ground surface layer on horizontal and sloped weak ground

    图  10  软弱水平地基与软弱倾斜地基地层表面竖向位移曲线

    Figure  10.  Vertical displacement curve of ground surface layer on horizontal and sloped weak ground

    图  11  下坡脚竖向剖面水平位移随地层坡度变化曲线

    Figure  11.  Relation between the horizontal displacement of sections of embankment slop toe and the ground slope

    图  12  坡脚处地层表面水平位移随地层坡度变化曲线

    Figure  12.  Relation between the horizontal displacement of ground surface layer on embankment slope toe and the ground slope

    图  13  路堤中心线处地层表面竖向位移随地层坡度变化曲线

    Figure  13.  Relation between the vertical displacement of ground surface layer on embankment slope center and the ground slope

    图  14  下坡脚竖向剖面水平位移随软弱土层厚度变化曲线

    Figure  14.  Relation between the horizontal displacement of sections of embankment slope toe and the thickness of weak layer

    图  15  坡脚处地层表面水平位移随软弱土层厚度变化曲线

    Figure  15.  Relation between the horizontal displacement of ground surface layer on embankment slope toe and the thickness of weak layer

    图  16  路堤中心线处地层表面竖向位移随软弱土层厚度变化曲线

    Figure  16.  Relation between the vertical displacement of ground surface layer on embankment slope center and the thickness of weak layer

    图  17  下坡脚竖向剖面水平位移随路堤高度变化曲线

    Figure  17.  Relation between the horizontal displacement of sections of embankment slope toe and the height of embankment

    图  18  坡脚处地层表面水平位移随路堤高度变化曲线

    Figure  18.  Relation between the horizontal displacement of ground surface layer on embankment slope toe and the height of embankment

    图  19  路堤中心线处地层表面竖向位移随路堤高度变化曲线

    Figure  19.  Relation between the vertical displacement of ground surface layer on embankment slope center and the height of embankment

    图  20  代表性断面4个典型剖面在不同工况下的水平位移

    Figure  20.  Horizontal displacement of 4 typical sections under different conditions

    表  1  土层物理力学参数

    Table  1.   Mechanical parameters of soil

    土层类型 泊松比μ 重度γ/kN·m-3 弹性模量E/MPa 粘聚力c/kPa 内摩擦角φ/ (°)
    路堤填料 0.3 19 30 25 25
    软弱土层 0.4 18 5 10 10
    稳定土层1 0.3 20 100 100 40
    稳定土层2 0.2 21 200 150 45
    稳定土层3 0.1 22 300 200 50
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    表  2  代表性断面土层参数

    Table  2.   Soil parameters of typical cross-section

    土层编号 重度γ/kN·m-3 粘聚力c/kPa 内摩擦角φ/ (°) 弹性模量E/MPa 泊松比μ
    1 19 20 20 30 0.25
    2 18 12 10 5 0.40
    3 18 20 15 15 0.30
    4 20 50 40 10000 0.10
    下载: 导出CSV

    表  3  抗滑桩、碎石桩设置位置处土层参数

    Table  3.   Soil parameters of location using anti-slide pile and granular pile

    工程措施 重度γ/kN·m-3 粘聚力c/kPa 内摩擦角φ/ (°) 弹性模量E/MPa 泊松比μ
    抗滑桩 25 20000 0.1
    碎石桩 20 0 30 1000 0.2
    注: 抗滑桩设置位置处局部采用线弹性本构关系, 对其它部分仍采用理想弹塑性本构关系。
    下载: 导出CSV

    表  4  不同工程措施条件下路堤地基的响应

    Table  4.   Some critical mechanical responses under different engineering measurements

    参数 类型 不采取任何加固措施 地基用碎石桩加固 左侧坡脚设置抗滑桩 同时采取碎石桩和抗滑桩
    umax/m 0.983 0.157 0.171 0.150
    uH/m max 0.016 0.016 0.016 0.017
    min -0.872 -0.104 -0.112 -0.084
    uV/m max 0.633 0.030 0.049 0.008
    min -0.426 -0.133 -0.139 -0.129
    γmax max 0.357 0.049 0.062 0.043
    min/10-7 0.529 1.114 3.515 4.692
    σ1/kPa max 364.464 767.225 1916.670 1725.260
    min -49.5621 -28.999 -229.490 -232.375
    σ3/kPa max 223.153 329.249 726.077 768.751
    min -54.012 -863.530 -744.465 -634.742
    τmax/kPa max 122.457 650.849 600.566 508.030
    min 0.240 0.214 0.179 0.202
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  • [1] WEI Yong -xing. An disquisition for the safety of earthwork in the floopy-tip ground[J]. Journal of Geological Hazards and Environment Preservation, 2001, 12(2): 73-79.
    [2] 铁道部第四勘测设计院. 软土地基试验文集[M]. 武汉: 中国地质大学出版社, 2001.
    [3] TB 10001-99, 铁路路基设计规范[S].
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出版历程
  • 收稿日期:  2002-04-03
  • 刊出日期:  2002-09-25

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