摘 要：為研究某黃土地區(qū)高填路基沉降的影響因素及規(guī)律，本文結(jié)合室內(nèi)試驗，采用FLAC 3D軟件有限元軟件分析了路基施工過程、壓實度、CFG樁的位置參數(shù)以及尺寸參數(shù)對路基沉降變形的影響。研究結(jié)果表明，黃土含水率與試樣壓縮模量負相關(guān)，黃土壓實度與試樣壓縮模量正相關(guān)，隨著施工進度推進，填土高度不斷增加，導(dǎo)致路基沉降量不斷變大，CFG樁的位置參數(shù)及尺寸參數(shù)均對路基頂面沉降量有影響，路基頂面沉降量隨尺寸參數(shù)增加逐漸減少，隨位置參數(shù)增加不斷增加，尺寸參數(shù)的影響效果大于位置參數(shù)。

關(guān)鍵詞：黃土地區(qū)；高填路基；沉降影響因素；FLAC 3D

中圖分類號：U 416" " 文獻標(biāo)志碼：A

黃土作為典型土質(zhì)，具有多孔、易壓縮以及濕陷性等特點，因此黃土地區(qū)常出現(xiàn)路基不均勻沉降、邊坡失穩(wěn)等問題。路基不均勻沉降嚴(yán)重危害行車安全，縮短道路使用壽命[1]。為制定合理、經(jīng)濟的防治措施，須對黃土地區(qū)路基不均勻沉降的影響因素進行分析。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對路基不均勻沉降的機理及影響因素進行一系列研究，張雪強[2]總結(jié)了濕陷性黃土的物理力學(xué)特征，明確了黃土地區(qū)路基路面常見病害。王文娟[3]基于PLAXIS軟件建立有限元模型，研究了坡度及填高對路基不均勻沉降的影響。徐益山等[4]探討了填土含水率、邊坡坡度等對路基沉降的影響規(guī)律。陳想明[5]基于ABAQUS軟件，分析了CFG樁的樁長、樁徑及樁間距對黃土路基沉降變形的影響。方琨[6]分析了不同條件下黃土路基頂面沉降的變形規(guī)律。綜上所述，路基坡度、路基填高、土體物理力學(xué)性質(zhì)等因素均對路基不均勻沉降有影響，但對黃土地區(qū)不同壓實度條件下高填土路基的研究較少。

基于此，本文以某黃土地區(qū)高填土路基為研究對象，結(jié)合室內(nèi)試驗，利用FLAC 3D有限元軟件，分析施工過程、壓實度、CFG樁的位置參數(shù)以及尺寸參數(shù)對路基沉降變形的影響。

1 室內(nèi)試驗

本文以某黃土地區(qū)高填土路基為研究對象，路基邊坡為三級邊坡，坡率從上到下分別為1∶1.5、1∶1.75、1∶2.0，每級路基高度從上到下分別為5 m、10 m、10 m，每級平臺寬度從上到下為2 m、3 m，路基總高度為25 m，路基頂面寬度為24 m，施工時采用分層（5m）鋪填及壓實的方法。

采集現(xiàn)場黃土，并通過室內(nèi)基本物理試驗得到的相關(guān)指標(biāo)參數(shù)，見表1。

黃土的沉降變形與其壓縮特性及濕陷性密不可分，制備成直徑79.8 mm、高為20 mm的試樣，試樣設(shè)置5種壓實度（85%、90%、93%、95%、98%）及6種含水率（7.5%、9.5%、11.5%、13%、15%、17%），按照規(guī)范對試樣進行單軸固結(jié)試驗，得到不同含水率試樣的壓縮模量，如圖1所示。

由圖1可知，壓縮模量與壓實度呈正相關(guān)，壓縮模量與含水率呈負相關(guān)。壓實度從85%增至98%，6種含水率的壓縮模量變化大小為＞120.4%（含水率為17%）＞110.3%（含水率為9.5%）＞95.8%（含水率為7.5%）＞91.9%（含水率為11.5%）＞84.7%（含水率為15%）＞55%（含水率為13%）。當(dāng)含水率從13%增至17%時，壓縮模量的變化率從55%增至120.4%，當(dāng)含水率從7.5%增至11.5%時，壓縮模量的變化率從95.8%降至91.9%，說明含水率越大，壓縮模量對壓實度越敏感，驗證了黃土的經(jīng)水浸泡后塌陷的性質(zhì)。當(dāng)含水率從7.5%增至17%時，5種壓實度的壓縮模量變化大小為128.1%（壓實度為90%）＞111.1%（壓實度為93%）＞83.3%（壓實度為85%）＞77.7%（壓實度為95%）＞71.4%（壓實度為98%），說明黃土的壓縮模量與壓實度整體上呈正相關(guān)。

將原狀土用環(huán)刀切成3塊試樣，并利用過 5mm 篩分土制備含水率為13%、干密度為1.2 g/cm3（試樣A）、含水率為13%、干密度分別為1.4 g/cm3（試樣B）及1.7 g/cm3（試樣C）試樣各3塊。利用側(cè)限固結(jié)儀記錄50 kPa、100 kPa、

200 kPa、300 kPa、400 kPa、500 kPa、600 kPa、700 kPa、800 kPa荷載下試樣的變形。并按照公式（1）計算黃土的濕陷系數(shù)，繪制濕陷系數(shù)隨壓力變化曲線，如圖2所示。

式中：δs為濕陷系數(shù)，%；h0為試樣的原始高度，20 mm；hp為試樣在荷載作用下穩(wěn)定后的高度，mm；h'p為試樣穩(wěn)定后浸水穩(wěn)定高度，mm。

由圖2可知，重塑土的濕陷系數(shù)較原狀土明顯增加。隨著含水率增加，濕陷系數(shù)急劇降低。試樣A、試樣B的濕陷系數(shù)隨壓力增加逐漸變大，在壓力增至某個值后，濕陷系數(shù)逐漸變小。

在相同含水率條件下，干密度（壓實度）影響路基土的濕陷性，在相同壓實度下，含水率也影響路基土的壓縮性。因此在實際施工過程中，須嚴(yán)格控制填土的含水率及壓實度。

2 數(shù)值模擬研究

模型建立：圖3為利用FLAC 3D有限元軟件建立的某黃土地區(qū)高填土路基數(shù)值模型圖。在模型中，參照路基實際尺寸設(shè)置路基尺寸，地基高度為10 m，巖土層高度為50 m，寬度為150 m，CFG樁高為18 m，樁徑為0.5 m，樁間距為1.8 m。路基土壓實度取91%，含水率為13%，并分層（5 m）鋪填。

土層從上到下分別為路基土（粉狀黃土）、地基土（黃土）、巖土層，土體及CFG樁具體的物理力學(xué)參數(shù)見表2。

3 數(shù)值結(jié)果分析

3.1 施工過程對路基沉降的影響

該高填路基的施工過程采用分層（5 m）鋪填及壓實的方法，施工過程中填土高度－沉降－時間的關(guān)系演化規(guī)律如圖4所示。

由圖4可知，隨著施工的持續(xù)推進，填土高度在不斷增加，當(dāng)施工35 d時，填土高度達到10 m，一級路基施工完成；當(dāng)施工85 d時，填土高度達到20 m，二級路基施工完成；當(dāng)施工185 d時，填土高度達到25 m，路基施工完成。各級路基沉降量隨施工進度在不斷增加，各級路基最終沉降量由下方土體的累計沉降量及各級路基自身沉降組成，當(dāng)填土高度為10 m時，地基沉降量為12.6 cm；當(dāng)填土高度為20 m時，地基沉降量為26.5 cm，一級路基沉降量為13.5 cm；當(dāng)填土高度為25 m時，地基沉降量為30.5 cm，一級路基沉降量為19.7 cm，二級路基沉降量為9.5 cm。

3.2 壓實度對路基沉降的影響

壓實度對黃土路基不均勻沉降量的影響效果顯著，公路建設(shè)規(guī)范要求路基壓實度不小于90%，因此需要研究不同壓實度條件下路基的沉降變形規(guī)律，如圖5所示。

由圖5可知，路基最大沉降量隨壓實度增加逐漸減少。當(dāng)壓實度為90%時，最大沉降量為41.1 cm，當(dāng)壓實度為98%時，最大沉降量為15.7 cm，減少了61.8%。因此填土的物理力學(xué)性質(zhì)對路基最大沉降量影響效果顯著，可通過改變填土壓實度減少路基最大沉降量。

3.3 CFG樁尺寸參數(shù)對路基沉降的影響

當(dāng)樁間距為1.8 m時，CFG樁的樁徑設(shè)置為0.75 m及1 m，樁高為15 m、20 m、25 m。路基的對稱性影響路基頂面右側(cè)沉降量隨CFG樁的尺寸參數(shù)，其變化如圖6所示。

由圖6可知，距離中心線越遠，頂面沉降量越少。隨著CFG樁樁徑增加，沉降量隨之減少，當(dāng)樁徑1 m時，對比3種樁長的路基頂面中心點沉降量與樁徑0.75 m的沉降量，結(jié)果減少了11.8%（樁長15 m）＞10.3%（樁長20 m）＞7.4%（樁長25 m），說明CFG樁長度越長，樁徑對沉降量的影響越小，隨著CFG樁樁長增加，沉降量隨之減少。

3.4 CFG樁位置參數(shù)對路基沉降的影響

將CFG樁的樁徑設(shè)置為0.75 m，樁高為15 m、20 m、25 m。分析當(dāng)樁間距為1.5 m、2 m時，路基頂面右側(cè)沉降量隨CFG樁的位置參數(shù)的變化，如圖7所示。

由圖7可知，頂面沉降量隨樁間距增加而增加，隨樁間距增加，3種樁長路基頂面中心點沉降量增加了6.6%（樁長25 m）＞5.8%（樁長15 m）＞5.3%（樁長20 m），說明位置參數(shù)對沉降量的影響較小。

4 結(jié)論

本文以某黃土地區(qū)高填土路基為研究對象，結(jié)合室內(nèi)試驗，利用FLAC 3D有限元軟件，分析施工過程、壓實度、CFG樁的位置參數(shù)及尺寸參數(shù)對路基沉降變形的影響，得到以下結(jié)論。1）壓實度增加能夠有效減少路基的最大沉降量，驗證了高填路基在施工過程中嚴(yán)格控制填土壓實度的重要性。2）CFG樁的尺寸和位置參數(shù)對路基沉降也有明顯影響。隨著CFG樁樁徑和樁長增加，路基沉降量顯著減少。3）樁間距增加會使沉降量增加，說明合理設(shè)計CFG樁的尺寸參數(shù)可以有效控制路基沉降變形。研究結(jié)果表明，在黃土地區(qū)高填土路基施工中，應(yīng)綜合考慮填土的壓實度和CFG樁的尺寸及位置參數(shù)，才能有效降低不均勻沉降風(fēng)險，提高路基的穩(wěn)定性和延長道路的使用壽命。

參考文獻

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[6]方琨.不同因素對黃土路基不均勻沉降的影響及穩(wěn)定性分析[J].西部交通科技，2023（2）：61-63，110.