在采用大型有限元程序ABAQUS进行计算时所建立的模型是关于桥梁.DOC

软土地基上桥台后回填土后沉降影响因素分析 郑 磊 艾小青 （江西省宜春市公路管理局 宜春 336000） 摘 要：为了深入研究软土地基上桥台后路堤工后沉降规律，应用有限元程序建立了沿桥台纵向 的平面应变计算模型，并进行了工后沉降影响因素分析，研究结论认为：回填材料容重、弹性模 量、硬壳层弹性模量、预压时间、地基渗透系数是影响近桥台处路堤工后沉降的主要因素，而接 触系数则为次要因素。建议回填设计中采用提高回填材料力学性能与地基处理相结合的方法来达 到减轻桥台后跳车的目的。 关键词：桥梁工程；软土地基；回填材料；有限元分析；工后沉降；影响因素  0 前 言 在软土地基情况下，路桥过渡段的桥台通常采用桩基础形式，从而满足桥台容许变形小的设计要求。然而，软土地基在桥台后回填材料自重产生的路堤荷载作用下，将发生较大工后沉降，从而造成桥台与回填体之间的差异沉降[1]，危害路桥过渡段行车安全与路面结构稳定性。由此认为，软土地基上，桥台后路堤沉降主要源于填土自重应力作用下软土地基的固结变形；工后沉降的大小成为决定路桥过渡段发生桥头跳车与否的主要因素。 为了有效控制桥后填土工后沉降，可以采取两种措施[2]：（l）减轻填土路堤的自重，降低软基内的附加应力；（2）处理和加固软士地基，提高地基强度。实际工程中路堤工后沉降量是决定是否进行软基处理以及选取何种处置措施的决定因素，因此，进行填料类型对软基路堤工后沉降影响分析与研究可为合理选取控制桥后填土差异沉降的处置措施提供可靠依据。 1数值计算模型 1.1几何模型 在采用有限元程序进行计算时，所建立的模型是关于桥梁纵断面的平面应变分析模型。软土地基上桥台形式如图1所示，考虑到软基路堤的变形实际，计算中针对桥台后回填的复杂力学特性进行适当简化以使计算方法合理可行。 由于桥台容许的水平变形相对较小，这样就约束了填土的侧向变形，通过设置接触单元来模拟桥台与回填体的相互作用；桥台受桥梁上部结构的作用简化为桥台上部一侧x向约束（如图2所示）。同时，桥台容许竖直方向变形也较小，可将二维平面模型中桥台桩基础简化成桥台底部y方向约束。此外，填土竖向边界设为无摩擦的x向约束，地基底部为有摩擦的 x、y向约束（如图2所示）。桥后填土范围的确定参照《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》处理：底部距基础内缘不小于2m，由基础底面按1:1.5的比例放坡至路基表面[3]。 软土地基上，与桥台后填土自身压缩变形相比，软土固结导致的填土沉降变形占竖向总变形的绝大部分；而交通荷载一般应力水平较低，主要作用范围在路面下2m以内，计算中交通荷载用等效均布荷载代替，其大小为11.5kPa[4,5]。 图2为某高速公路软基路堤沿桥台纵向的网格剖分图，路堤高为4m，路堤下为3m厚的杂填土层，地基为10m厚的淤泥质软粘土，其下为8m厚的亚粘土层，地下水位位于地表下1m处。桥台宽为2m，计算范围沿桥台前伸展12m，沿桥台后伸展28m。路堤与回填区按0.5m一层进行填筑，填筑速率0.5m/15day。竣工后给予270day的预压时间，之后铺筑路面层，基层厚为0.40m，面层厚度为0.30m。填筑加载历时曲线如图3所示。计算时间达到工后10年。图2中路面计算点806、810、814、800距桥台距离分别为4m、6m、8m、12m。 图1桥台后回填设计示意图 图2 桥台后软基路堤FEM网格剖分图 1.2计算参数 根据材料的特性，选取适当的本构模型。对于正常固结或弱超固结软土采用Clay Plasticity 模型 图3 加载历时曲线 （见表1）；杂填土、亚粘土与回填材`料采用Drucker-Prager弹塑性模型（如表2），其硬化规律采用剪切硬化曲线来确定（如表3）；桥台水泥混凝土采用线弹性模型（如表4）。 表1 Clay Plasticity模型参数 材料类型 γd c φ’ κ υ λ M α0 β k e1 K/m/day 淤泥质粘土 16.7 13.7 24.0 0.04 0.36 0.18 1.00 0.00 1.00 1.00 2.2 2.46e-4 2 桥台后工后沉降影响因素分析 2.1 有限元计算内容 表2 Drucker-Prager模型参数 材料类型 γd c φ’ E υ β k ψ K/m/day 亚粘土 17.3 21.4 31.0 12500 0.28 25.3 1.00 25.3 2.31e-6 粉细砂 18.9 0.0 31.3 18000 0.28 36.1 1.00 36.1 1.0 杂填土 18.2 31.4 36.3 14300 0.24 41.3 1.00 41.3 1.36e-3 表3 Drucker-Prager模型的硬化参数表 亚粘土 粉细砂 杂填土 σ1-σ3 εp σ1-σ3