高填斜坡路堤加筋变形性特征数值分析

谷训彦 杨 森

(1.阳西县交通运输局地方公路管理站，广东 阳江 529500; 2.中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川 成都 610000)

1 概述

在路基中铺设加筋材料是降低路基土体沉降量、提高土体稳定性的一种有效措施。因此，在高填方路基工程中，土工加筋技术得以大量使用。本次以南方地区某高速公路红层填料填筑路堤为研究对象，进行室内试验，获得填料的物理力学参数，在加筋与非加筋的状态下,采用FLAC3D软件模拟斜坡路堤的变形特征，分析其变形破坏的基本特征。

2 计算方案与计算条件

2.1 模型概况

路基模型具体尺寸：沿公路延伸方向取单宽厚度10 m，宽度25 m，高度24 m。设置两级边坡，第一级边坡坡度1∶ 1.5，高度8 m，第二级边坡坡度1∶ 1.75，高度16 m，并在两级边坡设置1.5 m的平台。斜坡长150 m，高54 m，斜坡坡率为1∶ 3.5。依据实际施工情况，筋材在铺设的时候往斜坡里面深入1 m，路堤下部为土质地基。

为尽量降低边界条件对最终结果产生的影响，沿路堤深度和宽度延长1倍左右的长度。

2.2 模型边界条件

建立模型时，对底部水平方向和垂直方向的位移进行约束，即底部采用位移边界条件；侧面则仅对水平位移进行约束。

2.3 材料计算参数的确定

在进行有限差分数值模拟计算时，采用摩尔—库仑破坏准则，综合拉拔试验，三轴试验，最终相关介质主要物理力学参数参见表1，表2。

表1 计算模型物理力学参数

表2 土工格栅单元物理力学参数

3 计算结果及其分析

3.1 加筋对填土路堤竖向位移的影响

3.1.1路堤顶面竖向位移

从图1可以看出，加筋之后顶面竖向位移明显减少，加筋前后竖向位移最大值由0.104 m降到0.086 m，降低幅度为16.8%，右边的下降幅度普遍要比左边的下降多，与实际的工程相符合，这一结果说明土工格栅合成材料对限制路堤垂直方向移动起到了一定作用。

3.1.2填土路堤中心竖向沉降

由图2知，最大位移由加筋前0.101 6 m减少到加筋后0.086 36 m，降低幅度为16.56%，且加筋前后最大值由0.08 m减小为0.001 164 m，最小值由0.102 3 m降低到0.000 56 m。其变化更加平稳、均匀。距离路堤中心线越远，加筋前后路堤中心线竖向沉降差异越不明显，加筋效果越不明显。

3.1.3填土路堤中心线竖向沉降

由图3知,路堤填土高度越大,竖向位移越大。在距离原路基24 m处,加筋前竖向位移为0.103 m，加筋后降低到0.088 m,降低了14.56%。说明土工加筋材料对减小路基垂直方向位移效果明显。

3.1.4差异沉降值

差异沉降值，即同一水平面上最大沉降值与最小沉降值之间的差值，可从某种程度上反映路堤的沉降情况和受力特性。

从图4可以看出：加筋前，在距离路面5 m处时，竖向位移最大值为0.103 7 m，竖向位移最小值为0.017 2 m，差异沉降值为0.086 5 m。加筋后，在距离路面5 m处时，竖向位移最大值为0.086 1 m，竖向位移最小值为0.025 2 m，差异沉降值为0.060 9 m。差异沉降值由加筋前的0.086 5 m减小到加筋后的0.060 9 m，降低了29.60%。因此，路堤中铺设加筋材料后，可有效减小路堤的不均匀沉降，使得路堤受力更均匀。

3.2 填土路堤水平位移

3.2.1中心线水平位移

由图3与图4对比可知，加筋前后水平位移在中间处出现最大沉降，路堤上部变化较均匀。

由图5可以看出，加筋后水平方向的位移更加均匀。由于边界条件的限制，斜坡地基处约1/3处出现向斜坡里鼓的“盆腔”。加筋之后水平的位移最大值由0.031 21 m降到0.018 99 m，降低幅度为39%。加筋对于水平位移的抑制起到了一定作用。

3.2.2坡面水平位移

由图6知，加筋使得路堤坡面的水平位移明显减小，坡面水平方向位移最大值由加筋前0.059 2 m减小到0.029 1 m，减小了51%，且最大值与最小值的差值也大幅度减小，因此，坡面加筋是对坡面稳定性较好的处理方式。

4 结语

通过定量分析，进一步验证以下结论：

1)斜坡地基上高填土方路堤变形以沉降为主，同时有向斜坡下方滑移的趋势。

2)路堤中铺设加筋材料可有效减小斜坡地基上填土路堤的水平位移，对改善高填路堤中上部坡面水平位移效果比较明显。

3)铺设加筋材料后，路堤受力更均匀，同一水平面路堤差异沉降差明显减小，加筋有效减小路堤的不均匀沉降的效果较明显。