加筋路堤下刚性桩复合地基若干有限元建模类型分析

发布时间：2022-02-13 20:02

　　基于加筋路堤下CFG桩复合地基现场试验段分别建立单桩、群桩及全断面有限元模型,探讨几何模型、桩土接触等条件对系统变形、应力分布及荷载传递的影响。结果表明:受路堤边界效应影响,全断面模型的沉降及荷载分配完成较快,应力比n、桩的荷载分担效率系数E均在路肩内侧附近达到最大值,且分别高于路中位置15.7%和5.2%。坡脚位置桩顶位移矢量角、桩的水平荷载及弯矩显著。单桩与群桩模型规律较为相近,沉降发展相对迟缓且略低于全断面模型。各有限元模型预测的最终状态的n,E及等沉面高度均正比于其桩土沉降差。统计表明单桩加固范围内实测与理论荷载误差可达-35.1%～58.5%,桩土竖向应力分布并不均匀。设置允许桩土发生相对位移的接触条件将增大沉降量及等沉面高度,并影响浅层桩身受力。桩承式加筋路堤有限元数值计算应优先选择考虑桩土接触条件的全断面模型。 

【文章来源】：岩土工程学报. 2020,42(11)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

加筋路堤下CFG桩复合地基剖面图

路堤填筑过程

为探讨有限元几何建模方法、桩土接触与土工加筋等条件对桩承式加筋路堤荷载传递及变形的影响，使用ABAQUS有限元软件根据上述现场工况分别建立如图3所示的3种三维数值模型，即单桩模型、群桩模型及全断面模型。单桩模型横截面积等于梅花形几何布桩的单桩加固面积（3.46 m2），类似地，群桩模型为7桩模型，二者均默认路堤为大面积等厚堆载工况且不考虑路堤边坡的存在。全断面几何建模与实际相对应，如图3(c),(d）所示，根据对称性，以路堤中心线为对称轴取半幅路堤及其影响范围建模（模型总宽度为3倍的路堤底面宽度），考虑梅花形布桩的特殊性沿路堤长度方向取两排桩建模（包括一排整桩和两排半桩）。此外，以全断面模型为基准分别建立有、无桩土接触及土工加筋条件的对比模型，文中模型编号如表1所示。空白对照为无桩、无加筋全断面模型。当文中不做特别说明时，所述模型均指有加筋、设置桩土接触（即允许桩土发生相对位移）的模型。使用ABAQUS建立文中所述3种有限元模型时，所用材料和单元类型均相同。主要建模参数及设置概述如下：参考相关文献[10]，地基土及路堤材料均采用莫尔–库仑理想弹塑性本构模型，CFG桩及加筋体采用弹性模型，根据地质勘查资料[1]整理相关材料参数见表2。其中加筋为刚塑性土工格栅，应变为2%时达到极限抗拉强度200 k N/m。地基土采用C3D8P单元进行流固耦合计算，路堤及CFG桩采用C3D8单元，加筋采用M3D4单元并使用Embedded Region方法嵌入碎石垫层中。现场地下水位埋深很浅，排水面为地表；不考虑成桩过程，以正常固结状态的有效应力分布进行地应力平衡。不设置桩土接触条件的模型认为桩土接触界面处变形协调，没有相对位移发生，建模时桩土在同一个部件中而分属不同材料。设置桩土接触的模型定义部件间的相互作用关系，接触本构采用经典的法向硬接触、切向罚函数的库仑接触摩擦模型[2]，接触面摩擦角取为相应土层的内摩擦角[10]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]路堤深厚软基管桩复合地基数值模拟[J]. 姜彦彬,何宁,林志强,姚明帅,李文轩.  水利水运工程学报. 2018(02)
[2]路桥过渡段桩承式加筋路堤现场试验研究[J]. 郑俊杰,张军,马强,董友扣.  岩土工程学报. 2012(02)
[3]筒桩桩承式加筋路堤现场试验研究[J]. 夏唐代,王梅,寿旋,吴明.  岩石力学与工程学报. 2010(09)



本文编号：3623832