摘要：文章運(yùn)用大型通用有限元計(jì)算分析軟件ABAQUS對(duì)軟土路基填筑過程中地基的固結(jié)沉降進(jìn)行數(shù)值模擬，分析在路基填筑過程中，軟土地基的位移和孔壓的變化規(guī)律，為在軟土地區(qū)修筑路基的處治設(shè)計(jì)和施工給予相應(yīng)的參考。

關(guān)鍵詞：ABAQUS；路堤；填筑；軟土地基；固結(jié)沉降

中圖分類號(hào)：U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-1145（2009）05-0189-02

近年來，我國高速公路建設(shè)飛速發(fā)展，高速公路的修建不可避免地經(jīng)過軟土地區(qū)，準(zhǔn)確預(yù)測軟土路基工后沉降并采取相應(yīng)整治措施將工后沉降控制到合理的范圍是關(guān)系到公路建設(shè)成敗的關(guān)鍵技術(shù)之一。

以往工后沉降的預(yù)測多采用以一維變形假定為基礎(chǔ)的分層總和法和e～lgp曲線法，雖然較簡便，但準(zhǔn)確度不夠。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,有限元方法在土力學(xué)的計(jì)算中逐漸得到了推廣。它通過將連續(xù)體離散為有限個(gè)單元，并對(duì)這些單元的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分片插值，可以獲得連續(xù)體內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)力、位移和應(yīng)變，從而可對(duì)整個(gè)土體的穩(wěn)定性、變形進(jìn)行評(píng)價(jià)。有限元法的明顯優(yōu)點(diǎn)是不僅可以提供受荷土體的應(yīng)力場與位移場，而且能在計(jì)算中考慮土體的非均質(zhì)和非線性、土性隨時(shí)間的變化、施工程序及荷載的變化等，因而計(jì)算成果可以更真實(shí)地反映和模擬從施工開始到運(yùn)營期土體形態(tài)變化的全過程。

本文運(yùn)用大型通用有限元計(jì)算分析軟件ABAQUS對(duì)軟土路基填筑過程中地基的固結(jié)沉降進(jìn)行數(shù)值模擬，分析在路基填筑過程中，軟土地基的位移和孔壓的變化規(guī)律，為在軟土地區(qū)修筑路基的處治設(shè)計(jì)和施工給予相應(yīng)的參考。

一、ABAQUS軟件及soil分析模塊簡介

ABAQUS是國際上最先進(jìn)的大型通用有限元計(jì)算分析軟件之一，具有驚人的廣泛的模擬性能。ABAQUS的特長是計(jì)算各種不同材料、復(fù)雜荷載過程以及變化接觸條件的非線性組合問題，而巖土介質(zhì)恰恰是具有非均質(zhì)、非線性性狀以及幾何形狀的任意性、不連續(xù)性等因素的特殊介質(zhì)，這就使ABAQUS成為國內(nèi)外巖土工程界使用的最普遍的有限元分析和計(jì)算軟件之一。

soil分析模塊是ABAQUS有限元軟件用于解決巖土材料數(shù)值計(jì)算的模塊，可以解決巖土固結(jié)、滲流以及滲流加力學(xué)的耦合分析等。

二、實(shí)例計(jì)算

（一）模型計(jì)算區(qū)域

有限元計(jì)算區(qū)域見圖1，沿路基中心線取1/2模型作為計(jì)算的區(qū)域。地基模型范圍寬56.5米，高40米；采用4節(jié)點(diǎn)孔壓單元，共有節(jié)點(diǎn)945個(gè)，單元880個(gè)，單元最大尺寸2m，最小尺寸0.6875m。1/2路堤模型頂寬12米，路堤高3米，邊坡坡率1：1.5；采用4節(jié)點(diǎn)單元，共有節(jié)點(diǎn)288個(gè)，單元144個(gè)，單元最大尺寸0.6785m，最小尺寸0.5m；路堤至下而上每0.5米作為一個(gè)填筑層，每層之間建立接觸連接，并利用單元生死功能自下而上激活路堤單元來模擬路基的填筑過程。

（二）材料

路堤和地基材料采用莫爾—庫倫材料本構(gòu)模型，材料參數(shù)如下：

第一層地基材料：

淤泥質(zhì)砂黏土：ρ=1937 kg·m³，E_i=6.0MPa，μ_i=0.4,C_u=15kPa,Φ_u=23°，k=6.54×10^-8m/s。

第二層地基材料：

松軟砂黏土：ρ=1939 kg·m³，E_i＝8MPa,μ_i＝0.35,C_u=23.0,Φ_u=25.0°，k=3.18×10^-8。

路堤填土：

路堤填土：ρ=2041 kg·m³，E_i＝20,μ_i＝0.3,C_u=147.0,Φ_u=33.0，不考慮滲流特性。

（三）邊界條件

對(duì)于固結(jié)分析來說邊界條件主要有兩類，除需要施加基本的位移邊界外，還應(yīng)施加滲流邊界。

模型所施加的邊界條件情況見表1：

（四）模擬工況

路堤填筑按每50厘米至下而上分層填筑，每層填筑工期為7天。分層填筑加載示意圖見圖2：

（五）數(shù)值分析結(jié)果

通過分析可以得到不同路堤填筑時(shí)刻軟土地基的位移和孔壓的分布情況。圖3、圖4為路堤填筑完成時(shí)刻軟土地基的位移和孔壓的分布情況。

的豎向位移分布圖

從圖中可以看出，路堤填筑完成時(shí)刻軟土地基的位移的變化規(guī)律是，路基中心位移沉降最大，隨著距路基中心距離增大位移沉降逐漸減小。

在路堤填筑完成時(shí)刻，地基下部的超靜孔壓已經(jīng)消散完畢，地基上部超靜孔壓還沒有完全消散。

圖5為路基中心處地基表面沉降隨路基填筑變化圖，從圖中可以看出，隨著路基的填筑，地基的沉降逐漸增大，初期沉降速率較大，至第5、6層路基填筑時(shí)，地基沉降速率逐漸降低，其后逐漸趨于穩(wěn)定。

三、結(jié)語

通過以上的分析，采用有限元法計(jì)算軟土地基的固結(jié)沉降，可以得到不同路堤填筑時(shí)刻軟土地基的位移和孔壓的分布情況，為預(yù)測軟土地基工后沉降和指導(dǎo)路基填筑過程提供了較為接近工程實(shí)際的參考數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]顏志雄，岳祖潤．秦沈客運(yùn)專線某試驗(yàn)段軟土地基固結(jié)有限元分析[J]．國防交通工程與技術(shù)，2004，(1)．

[2]Hibbitt，Karlsson & Sorensen Inc. ABAQUS Analysis User's Manual. 2004．

[3]Hibbitt，Karlsson & Sorensen Inc. ABAQUS Keywords Reference Manual.2004．

作者簡介：楊艷廣（1977- ），男，河北唐山人，中鐵建工集團(tuán)有限公司拉薩分司工程師。