FLAC3D

综述

2 2015年58期

FLAC3D 在高填路堤沉降中的仿真应用

熊振国

武汉市市政建设集团有限公司，湖北 武汉 430023

摘要：以武汉某高速公路路基段施工为工程背景，运用有限差分软件FLAC3D 模拟高填路堤分层填筑施工过程，选取路基中线与路堤路基边桩处沉降值与现场实际沉降监测结果进行对比分析。结果表明，选择弹塑性摩尔-库伦本构模型以及适当的计算参数进行数值模拟，运算得到的路基沉降与实际比较贴合，为该类工程的设计与施工提供了依据和参考。 关键词：路堤；FLAC3D ；沉降 中图分类号：U416.1 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)58-0002-01

1 引言

随着我国基础设施建设的脚步不断加快，高速公路作为交通枢纽为国家经济发展提供最为有利的保障。现在，我国公路的设计标准不断提高，不管是从技术角度，还是从生态保护考虑，从过去的全线路基发展到大部分选用高架的形式，对公路的行驶速度、行驶舒适性提出了更高要求，修建高等级公路成为社会前进的必然趋势[1]。那么必然存在桥梁与路基连接部分，由于整体路线高程加高，台背处必然形成高填段。那么，高填路堤的特点集中体现在一个“高”上，也就是填筑高度很大[2]。该高速公路全长16.007km ，路线沿途地形起伏不大，较为平缓，地势较开阔，多为农田、湖汊、鱼塘等。如何控制高填路基稳定及变形，是车辆能否实现高速、安全、平稳、舒适运行的关键环节。本文选用某标段填土施工情况，运用FLAC3D 有限差分法软件进行数值仿真模拟，深入探讨高填路基的竖向位移，进行数值模拟和力学分析。

2 数值模型的建立以及参数选取

目前岩土材料常采用摩尔—库仑准则(M-C)，它不仅较好地反映了岩土材料拉压不等的特性，而且模型简单易用，所以在工程中运用更为广泛[3,4]。考虑到FLAC3D 建立的模型的单元划分比较单一，在计算的过程中很难收敛，要建立复杂的3D 模型比较困难，建立如图所示的3D 模型，模拟20m 320m 35m 的平板载荷试验地基，计算时取一半建立 20m 310m 35m 的地基模型，上层2m 为第一土层，下面3m 为第二土层，模型深度为5m 。

到下一一对应。采用的参数都是通过室内试验得出的普遍适用的参数，故所有模型参数均从表1选取，各模型地层情况模拟钻孔取样得出的实际地层分布情况。

3 高填路堤数值模拟结果分析

现场施工过程中要求有对高填路堤进行沉降观测，在路堤断面布设3个监测点，图1是现场监测点处的累计沉降量随时间的变化曲线图。

图1 监测点处的累计沉降量随时间变化曲线图

该断面位于主线路基，填土路堤最终填高为8.6m ，顶面宽度和底面宽度分别为33.5m 和60m ，分层填土高度为每层填筑30cm 左右，边坡坡率为1：1.5。路基施工顺序为，首先对地表进行清理，对软基路段进行相应处理，使其承载力满足要求；再开始填筑施工，路基填筑段分93区、94区、96区，直到精铺层，在施工过程中沉降观测主要针对周期较长的93区填筑以及路基顶面后期沉降观测。通过FLAC3D 数值模拟，可知在路堤填高分别达到1.8m 、3.6m 、5.4m 和8.6m 时所对应的z 方向位移，即竖向沉降。与该断面路基填土实际的观测沉降值相比较，如表2中可以看出：

拟路堤加载高度也为8.6m ，由上述对比可以看出：（1）数值模拟初期沉降值要大于实际监测量，这是由于数值模拟在快速计算中将后期路基填土固结沉降提前完成，而实际施工中，填筑填料的排水固结需要一个较长的时间；（2）数值模拟结果与实际监控沉降值比较接近，最后路基中线以及路基边桩相对误差分别为 5.37%和 5.13%，拟合结果较好；（3）实际监测与仿真模拟同时反映出路基中线处沉降量要大于路基边桩处沉降，这是由于路基施工过程中荷载大小不一样导致的。

4 结语

（1）通过运用FLAC3D 有限差分软件对高填路堤沉降进行数值仿真模拟，可以很好的反映出在高填土在施工过程中的沉降变化规律。（2）摩尔库伦模型假设地基全为饱和土，忽略了填土中孔隙水压力和地下水位影响，在模拟前期只考虑填土自身重力，得到的实时沉降值普遍大于实测值。（3）路基的实际施工过程并非连续的，出现因天气、施工质量等等方面的原因而停工，而数值模拟不考虑时间的因素，模拟过程为连续施工。因此本标段的填土时间达到300天，虽然最终模拟沉降值与实测值相差不大，但结合填筑过程与模拟结果对比可以看出时间对填土沉降的影响不容忽视。

参考文献

[1]刘世川．高填路基变形与稳定的非线性有限元研究[D]．福州大学，2004．12

[2]中华人民共和国行业标准．公路桥涵地基及基础设计规范(JTG D63．2007)，北京：人民交通出版社，2007．

[3]王国体高填土公路路堤的稳定性分析[J]岩土工程学报，Vo1.16,No.1，Jan.1994

[4]李洁,万中兵．高速公路高填方路堤不均匀沉降预估[J]．中国科技信息,2007,(10):71,73.