重庆交通大学 重庆市 400074
摘要：利用大型有限元软件ANSYS对土石混填路基在静载状况下进行数值模拟分析，在理论情况下对路基的受力情况，形变状态进行模拟，为实验路段的参数选择提供理论依据和参考。
关键词：有限元；土石混填；路基；静载荷
一、引言
我国山区地质地貌复杂，在西部地区修筑公路经常会采用就地取材得到的土石混合料。但是由于地形复杂，路基填筑高度普遍较高，且土石混合料受地质条件、颗粒粒度变化等因素影响，力学性质表现出明显的非线性，土石混填路基经常出现不均匀沉降，导致路基开裂、失稳或路面结构严重损坏，降低了公路的服务水平。
土石混填路基的失稳和变形包括路基在自重和车辆荷载作用下的剪切、滑动、拉裂和不均匀沉降，而其中车辆荷载的作用远小于填筑体的自重，因此路基最终的沉降和变形都归结于路基自重的作用。有限元模型分析，是利用弹性有限元平衡方程、物理方程—弹性本构关系建立路基截面的二维模型，并进行加载和分析。
二、土石混合料参数选择
1、土石混合料的本构模型
在路基修筑工程中，路基的稳定和变形是最为重要的问题，而这两者又是土的工程性质所控制的，也就是土的应力应变关系与时间的本构关系。所以土的本构关系是研究土力学的出发点。
对于土石混填路基来说，分析其变形与稳定特性，就必须建立和选用合适的本构模型，这里又为了满足有限元分析的要求，所以选用非线性E—μ模型。
2、土石混合料的刚度
土石混合料的刚度是指其抵抗变形的能力，这里用弹性模量E来控制，土石混合料的刚度主要与孔隙比、粒径、级配、接触刚度以及颗粒形状系数等参数有关。通过查询资料，这里取弹性模量 E=17.2MPa，泊松比μ=0.28。
3、土石混合料的最大干密度
土石混合料最大干密度在不同粗颗粒含量情况下的理论值由下面公式计算
式中：ρdmax—土石混合料最大干密度理论计算值
P5—粗颗粒含量
GG—粗颗粒干比重
ρdimax—细粒料用标准功能单独击实的最大干密度
ρw—水的密度
三、土石混填路基模型建立
将研究对象概化为一个典型的计算模型，在面模型的建立上为上下两个等腰梯形路堤面总宽为26.0m，路堤基地总宽度为96.0m，坡体高度20m，上路堤8m，下路堤12m，中间建一个2m宽的平台，坡比为1：1.5。
该模型具有沿中轴对称性，可以按照对称条件取一半模型进行分析，考虑到本分析将模拟填筑材料不均以及软弱地基的情况，实际分析时，取完整的概化模型作为计算模型，模型建立以及网格划分如图1所示。
四、结果分析
1、断面受力情况分析
应力场的分析结果如图2所示，图2显示了路基填筑体中应力的分布情况，颜色越深表示应力越集中，其中深红色区域，即路基底部中间所受应力最大；反之，路基边坡所承受的载荷较小。
这里将三个方向的主应力以图表的方式表达，用以观察在理论分析中，三大应力的曲线规律。如图3
这里将第三强度应力和第四强度应力，即应力强度和等效应力，与主应力分开进行分析，主要考虑路基在受载情况下，应力的复杂，以主应力的形式并不能完全反映路基实际受载。所以主要以应力强度和等效应力来进行考虑。如图4所示：
2、断面形变分析
断面沉降情况如图5所示，路基边坡的沉降量亮最明显，在自然因素和人为的作用下，路基边坡的力学性能容易遭到破坏。
对于断面形变分X轴形变和Y轴形变，在这里模拟了38组数据，并以图表的形式展示，如图6所示，通过分别添加趋势线，得出X轴和Y轴形变的形变公式，以此来推测在复杂的山区路段，土石路基的形变情况。
如图所示，得出X轴形变公式：
其中：X为时间点n，n=1、2、3...；
Y为形变量；
R2为标准差。
同理，得出Y轴形变公式：
其中：X为时间点n，n=1、2、3...；
Y为形变量；
R2为标准差。
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论文作者:李文轩
论文发表刊物:《基层建设》2015年21期供稿
论文发表时间:2016/3/29
标签：路基论文; 土石论文; 应力论文; 模型论文; 路堤论文; 如图论文; 所示论文; 《基层建设》2015年21期供稿论文;