格賓網加筋粉質粘土數值模擬研究

賈 虎

(四川蜀渝石油建筑安裝工程有限責任公司，四川 成都 621000)

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格賓網加筋粉質粘土數值模擬研究

賈 虎

(四川蜀渝石油建筑安裝工程有限責任公司，四川 成都 621000)

結合川西南地區某井場道路軟土工程實例，運用 FLAC3D建立了數值分析模型，對格賓網加筋粉質粘土進行了數值模擬研究，指出格賓網加筋粉質粘土可以有效降低路面不均勻沉降、減小路堤邊坡變形，避免出現應力集中的現象。

公路，格賓網，粉質粘土，加筋土

川西南地區由于地質以及氣候的作用，粉質粘土以及淤泥質軟土占很大比例，此類軟土吸水能力強，毛細現象顯著，且能長期保持水分，不易揮發。傳統的軟土處理方法，如換填法，土壤固化劑法，由于粘土層較厚、含水率較高的原因，均不能達到理想的效果。

蔣建清、楊果林等人[1]將格賓網引入道路工程中，進行了紅砂巖粗粒土加筋試驗研究，取得了良好的效果。在此研究的基礎上，通過運用FLAC3D模擬格賓網加筋粉質粘土，探究了其加筋粉質粘土的工程特性。

1 FLAC3D程序簡介

FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua，連續介質快速拉格朗日分析)是由Cundall和美國ITASCA公司開發出的有限差分數值計算程序，主要適用地質和巖土工程的力學分析。巖土工程問題內在的復雜性及缺乏合適的分析工具推動了FLAC(1986年)和FLAC3D(1994)的開發。今天，兩種程序已經在全世界范圍內獲得了廣泛應用。

FLAC3D程序設有空單元模型；各向同性彈性材料模型；橫觀各向同性彈性材料模型；德魯克—布拉格(Drucker-Prager)彈塑性模型；摩爾—庫侖(Mohr-Coulomb)彈塑性模型；遍布節理材料模型；應變軟化/硬化塑性材料模型；雙線性應變硬化/軟化一致節理模型；雙屈服塑性材料模型；改進的劍橋(Cam-clay)模型等多種本構模型[2-4]。

另外，程序設有結構單元模型，有梁(Beam)單元、錨桿(Cable)單元、樁(Pile)單元、殼(Shell)單元、土工格柵(Geogrid)單元和襯砌(Liner)單元，單元通過node和link相連，可以實現不同單元的連接。此外，程序允許輸入多種材料類型，亦可在計算過程中改變某個局部的材料參數，增強了程序使用的靈活性，極大地方便了在計算上的處理。同時，用戶可根據需要在FLAC3D中創建自己的本構模型，進行各種特殊修正和補充。

2 數值分析模型的建立

針對現場鉆前工程公路處治情況，采用FLAC3D分別建立了數值分析模型，對普通連砂石換填與格賓網加筋效果進行對比。其中，地基與路堤填土本構模型均采用Mohr-Coulomb模型。格賓網結構采用各向同性彈性模型。數值模擬中格賓網及填土的主要參數如表1所示，相關材料間的接觸面參數如表2所示。

表1 主要對象物理力學參數

表2 界面參數

FLAC3D數值模型路堤及相關尺寸如圖1所示，其中圖1b)為普通連砂石換填數值模型。圖2為格賓網加筋示意圖和數值模型。格賓網加筋模型底部為80 cm固結土，用砂土參數進行模擬。上部80 cm的淤泥質軟土。道路結構層的設計為底部20 cm的連砂石換填，兩側按照1∶1.5比例放坡。上部20 cm高的格賓網內填人頭石與級配碎石。頂部8 cm的碎石磨耗層為道路的面層。普通連砂石對比組數值模型如圖1所示。下部軟土層結構相同，上部道路結構層為40 cm普通連砂石換填，頂部8 cm碎石磨耗層。

鉆前工程公路路堤的承載力必須能滿足日常工作時，各種汽車車輛的行駛，特別是大型機械工程車輛。因此在數值模擬時，考慮作用在路堤表面的荷載為并裝三軸掛車的最大允許軸荷(限值：24 t；軸距：1.4 m)，其他參數為車寬2.5 m，單側作用面積為0.07 m2進行模擬[5]。

3 結果及分析

3.1 路面沉降分析

分析圖3,圖4數據可得出如下結論：在240 kN荷載作用下，普通連砂石換填路面最大沉降4.94 cm。格賓網加筋過的軟土路基路面的最大沉降為2.57 cm。格賓網處理效果明顯。最大沉降均位于加載點正下方，此處產生了較大的屈服變形，實際使用中應予以補強。格賓網處理過的道路在縱向0.08 m，0.28 m，0.48 m深度平面沉降變化平緩，說明格賓網作為一個三維約束結構，具有良好的受力整體性。整體抵抗路面不均勻沉降的能力較普通連砂石換填提高約20%～45%。

3.2 豎向土壓力分析

分析圖5,圖6數據可得出如下結論：采用常規換填法的路堤部位出現了較大的應力集中現象。在距離路堤中心1 m處土壓力突變明顯。這種突變易在反復的荷載作用下造成道路結構層的破壞。格賓網加筋后的應力峰值在淺層和中層減小不明顯，但是有效避免了應力集中現象。在0.38 m深層，接近基底的土壓力明顯小于前者。這有利于保證軟土路基承載力，減輕道路結構層的剪切破壞。

3.3 路堤側向位移分析

格賓網加筋法處理與普通連砂石換填法處理路堤的側向位移變形量如表3所示。可以發現在不同監測點，格賓網加筋對路堤側向位移約束明顯。在圖7,圖8的水平位移云圖中可以發現格賓網加固的路堤堤角處的塑性屈服區位移量與影響范圍均明顯小于普通換填法。

表3 不同處理方式路堤側向位移變形量

4 結語

通過數值模擬驗證了格賓網作為一種常見的土工材料，其加筋處理軟土路基相比于普通的連砂石換填法。格賓網的加入可以大幅減小路面不均勻沉降、約束路堤的側向位移、避免應力集中。在粘土層較厚處理不易或者普通換填法處理效果不佳的情況下，可以取得較為理想的處理效果。這對實際工程的應用具有一定的指導作用。

[1] 蔣建清,楊果林,李 昀,等.格賓網加筋紅砂巖粗粒土的強度和變形特性[J].巖土工程學報,2010,32(7):1079-1086.

[2] 孫書偉.FLAC3D在巖土工程中的應用[M].北京:水利水電出版社,2011.

[3] 陳育民,徐鼎平.FLAC/FLAC3D基礎與工程實例[M].北京:水利水電出版社,2009.

[4] 胡 斌.深切峽谷區大型地下洞室群圍巖穩定性的動態數值仿真研究[D].成都：成都理工學院博士學位論文，2001:48-49.

[5]GB1589—2004,道路車輛外廓尺寸、軸荷及質量限值[S].

Researchonthenumericalsimulationofgabionmeshreinforcedsiltyclay

JiaHu

(SichuanShuyuPetroleumConstructionandInstallationEngineeringLimitedCompany,Chengdu621000,China)

Combining with the soft soil engineering of a well site road in Sichuan southwest area as an example, using FLAC3Destablished the numerical analysis model, made numerical simulation research on gabion mesh reinforced silty clay, pointed out that the gabion mesh reinforced silty clay could effectively reduce the uneven settlement of pavement, reduced the embankment slope deformation, avoid the stress concentration phenomenon.

highway, gabion mesh, silty clay, reinforced soil

1009-6825(2017)08-0079-03

2017-01-04

賈 虎(1978- )，男，工程師

TU446

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