基于ABAQUS的加筋EPS轻质土路基研究_杨云朋.pdf
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1、:基于 的加筋 轻质土路基研究收稿日期:基金项目:南通理工学院优秀本科毕业设计(论文)培育计划();南通市基础科学研究指令性项目()作者简介:杨云朋(),男,在读本科生,土木工程专业 通信作者:符仁建(),男,讲师,从事岩土工程方面的研究杨云朋,符仁建,冯陆军,江可彬(南通理工学院建筑工程学院,江苏 南通)摘 要:为有效地解决软土地区路基变形过大的问题,采用 轻质土作为轻质填料来减轻上覆土自重并通过铺设土工格栅对路基土进行加筋强化。通过 有限元软件模拟分析了普通填土路基、轻质土路基、加筋土路基和加筋 轻质土路基的竖直沉降和水平位移的变化规律,结果表明:轻质土有效地降低了路基的竖直沉降和水平位移
2、;加筋土对路基填土的水平位移约束十分显著;加筋 轻质土路基充分利用了 轻质土自重轻的特点以及加筋对土体水平方向变形的约束作用,优化效果显著。关键词:轻质土;土工格栅;路基填土;中图分类号:文献标识码:文章编号:()引言聚苯乙烯泡沫颗粒()具有质量轻、保温隔热、防水、耐酸耐碱、减震性能好等优点,其与原料土、固化剂、掺合料和水混合制成的 轻质土在软弱地基处理、桥头跳车、拓宽填土施工和管道填埋等岩土工程中具有十分重要的应用。目前,国内外众多学者对 轻质土的物理力学性能进行了广泛的研究,取得了丰硕的成果:等研究了基于膨胀土的 轻质土最优含水量、最大干密度、级配、液限、塑限、压缩模量和无侧限抗压强度等多
3、项物理力学性能,确定了 颗粒掺量的最大限度为;等研究了土工格栅增强的砂性 轻质土界面特性,得到了法向应力,循环剪切振幅和循环次数对界面剪切刚度和阻尼比的影响规律;梅利芳通过密度试验、无侧限抗压强度试验、试验、固结试验、三轴压缩试验研究了改性聚丙烯纤维对 轻质土物理力学性能的影响规律;侯天顺等通过对素土和 轻质土开展室外挡土墙模型试验发现 轻质土可以大大减小墙后静止土压力、静止土压力系数以及竖向沉降量。加筋土是指在土中加入条带、纤维或者网格等筋材,其对岩土结构的力学性能有较大的提高,其中土工格栅凭借着自身抗拉强度高、韧性大和整体性好的优点可以有效地提高路基的强度和稳定性,减少路基的不均匀沉降。等
4、通过缩尺模型研究了静载作用下土工格栅加固土路基的强度特性,并通过一系列数值模拟分析了土工格栅的强度和层数对路基整体性能的影响规律;等提出两种预测模型通过输入加固 未加固截面、加固深度、液限、塑性指数、最优含水量、最大干密度和浸泡 未浸泡条件这八个输入参数得到土工格栅加固后路基土的加州承载比(),并通过大量实验验证模型的准确性;高海军等通过动三轴试验研究不同荷载强度下试样动应力、动应变等指标的变化规律,并且通过数值模拟分析了循环荷载作用下加筋土路基工程的动力响应机制;赵志东分析了土工格栅加筋碎石垫层软基加固机理,分析了地基承载力试验结果和沉降观测结果,发现土工格栅加筋处理后的地基承载力显著提高。
5、沿江沿海地区广泛分布着高含水量和高压缩性的软土,在路基路面工程中,容易产生路基沉降、边坡失稳等问题。为有效地解决软土地区路基变形过大的问题,本文采用 轻质土作为轻质填料来减轻上覆土自重并通过铺设土工格栅对路基土进行加筋强化。使用 有限元软件模拟分析了加筋 轻质土路基的竖直沉降和水平位移的变化规律,为加筋 轻质土在软土地区路基工程中的应用提供参考。数值模型构建本文采用 有限元软件进行普通填土路基、轻质土路基、加筋土路基和加筋 轻质土路基的数值模拟与对比分析。为方便分析,本文对模型进行了一定的简化:)本次模拟采用平面应变问题进行分析,鉴于实际工程的对称性,本文取路基的一半进行建模分析;)地基土均视
6、为连续均质材料;)不考虑土体排水固结,采用总应力法进行分析。本文计算采用的路基模型顶部设计宽度为 ,路基填土层厚度为,路基边坡坡度为 ,土工格栅铺设于 厚的砂垫层上,材料厚度为 ,具体计算模型如图 所示,网格划分如图 所示,参考相关资料及南通沿海地区某工程土层参数,本文各层材料参数取值如表 所示。第 卷 第 期 年 月 山西建筑 20路面结构层路基填土层(分三层填筑)加筋层砂垫层软土粉质黏土粉砂夹粉土粉砂0.530.23471047.511.5图 1路基计算模型图单位:m图 2网格划分表 各土层物理力学性质指标土层容重()泊松比黏聚力内摩擦角()弹性模量 本构模型路面结构层 弹性普通填土 轻质
7、土 砂垫层 弹性软土 粉质黏土 粉砂夹粉土 粉砂 加筋材料 弹性 考虑前期地基自重对模型的影响,首先通过有限元软件“生死单元”功能将路基路面层“杀死”,对地基进行地应力平衡处理,然后再依次分层对已“杀死”的单元进行激活,从而模拟路基路面分层浇筑的过程,分析各工况下路基自重作用下的竖直沉降和水平位移的变化规律。计算结果分析 路基整体沉降云图分析图 分别为普通填土路基、轻质土路基、加筋土路基和加筋 轻质土路基的沉降云图,由图 可知,路基的最大沉降并非发生在路基表面,而是发生在路基基底附近。其中,采用普通填土填筑时,最大沉降值为 ,采 用 轻 质 土 填 筑 时,最 大 沉 降 值 为,相比普通填土
8、减少 ;采用加筋填土填筑时,最大沉降值为 ,相比普通填土减少 ;采用加筋 轻质土填筑时,最大沉降值为 ,相比普通填土减少 。可见,采用 轻质土可以减轻上覆土的自重,有效地降低路基的最大沉降变形,而加筋土并没有减轻上覆土的自重,故对路基的最大沉降变形影响并不明显。路基施工基底沉降规律分析图 分别为普通填土路基、轻质土路基、加筋土+4.106e-03-8.407e-03-2.092e-02-3.343e-02-4.595e-02-5.846e-02-7.097e-02-8.349e-02-9.600e-02-1.085e-01-1.210e-01-1.335e-01-1.461e-01U,U2(a
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