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摘要：目前，随着我国各地地区经济的发展，各地之间的交流与联系不断加强。尤其是在西部山区的高等级公路交通建设中，再加上西部山区地形起伏，地势高低不平，形成高填方路堤的数量就不计其数了，高填方路基的沉降变形问题在目前投入运营的高速公路中反映出的问题更为普遍和突出，而且高填方所带来的路基沉降和变形问题是诱发各种公路交通建设质量通病的一个重要而不可忽视的因素。所以，对高填方路基沉降变形规律的研究就显得尤为重要和迫在眉睫。对此，本文将深入系统的对各种不同地形条件下的路基沉降变形条件与规律进行研究与探讨，为各地区尤其是西部地区的高填方路基设计、施工和运营提供有效的研究指导与借鉴。
关键词：路基；本构模型；有限元分析；沉降与变形
1.计算模型与土性参数
目前 ，我国山区高速公路修建主要采用平坦型、斜坡型以及折线型三种修建方式，每种方式都有其适应的条件。随着时间、天气情况等不同外部环境以及建筑材料的材质、厚度等，都会在不同程度上影响高填方路基的沉降变形。因此，我将依据平坦型、斜坡型、折线型地基路堤这三种结构，来分析路堤在不同的地基的影响下沉降变形程度。通过参考相关文献资料，在自己原有的知识框架基础上，通过有限元计算分析，我参照某地山区高速公路土性实验参数，建立了自己的土性参数及计算模型。下面，我将作进一步介绍。首先，建立计算模型时，我主要将地基土分成两层（其在渗透系数、体积、杨氏模量、泊松比等方面有所差别），而关于路堤方面，我准备运用统一标准的压实度，同时采用相同的土性指标进行路堤沉降变形计算分析。
2.土体本构模型
本构模型主要包括线弹性模型、Duncan -Change(以下简称DC)模型、Mohr-Coulomb（以下简称MC）模型以及Drucker-Prager（以下简称DP）模型、修正剑桥模型（MCC）等五种模型。目前，针对本构关系的研究，一般主要是采用数学手段对土体的弹性、弹塑性、粘弹塑性理论的研究，更为复杂一点的要深入到颗粒变形用传统粘塑性模型描述。下面，我将针对着五种模型进行一下简单的介绍。
2.1线弹性模型
该模型服从虎克定律，是最简单的应力--应变关系，它只有弹性模量E和泊松比V两个参数，主要应用于比较坚硬的材料分析。
2.2DC模型
模型是一种非线性弹性模型，主要是用双曲线来模拟土的三轴排水实验的应力--应变关系，侧重于刻画土体应力--应变曲线非线性的简单特征，通过弹性参数调整去分析土体的塑性变形。该模型适用于变化不大、轴压增大的情况，如路堤的填筑。
2.3MC模型
MC模型一种弹性理想塑造性的模型，它是对胡克定律和Coulomb破坏准则的综合体，综合了其他理想模型的一种类型，故能有效模拟土体强度问题，对研究和解决高填方路基的沉降和变形规律有极大的帮助。MC模型采用的是一种弹塑性的理论模式，认为土体在达到抗剪强度之前的应力与应变关系是符合胡克定律的，能有效的描述土体的破坏行为，但是由于它的各种性质和缺陷，并不能有效的描述土体在被破坏之前的变形过程和原因，而且也考虑不到应力与应变关系的的影响以及分加荷还有卸荷之间的关系与影响。较其他模型而言，MC模型是一种合适的模拟岩土材料的土体本构模型。
2.4ＤＰ模型
DP模型在MC模型的基础上，针对MC模型的不足进行了修改和发展，比如DP模型针对屈服面方面，就将MC模型的六棱锥屈服面改为了圆锥形屈服面，实际上这样更加有利于程序的编制和数值的计算，所以就更加有利于探究、调查不同土质的性质和准确的分析不同土质的特点，这样也就便于我们对高填方路基的沉降和变形规律的研究。
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2.5修正剑桥模型（MCC）
MCC模型是在剑桥模型的基础上修正、发展产生的一种土体研究模型，具有等向硬化的弹塑性。它将剑桥模型的弹头型屈服面修改为帽子型屈服面，将塑性体应修正为了硬化参数，因此这样就能够更好地描述土体在发生沉降和变形之前的破坏行为和过程，同时较为准确的反映出土质在发生变形和沉降时的应力水平和应力路径。不管是从理论上还是在实际的操作上，MCC模型都是综合了各种土体研究模型而形成的一种比较完备的模型，全方位的阐明了土体的弹塑性及土体在发生沉降和变形时的特点，综合它的各种便宜和优点，所以MCC模型是目前应用最为广泛的土体本构模型之一。
3.不同地基上路基的沉降变形规律
岩土体的变形特征复杂多样，总体来说有非线性和非弹性、塑性剪应变、硬化和软化、应力路径和应力历史对变形和沉降的影响、固节压力的影响还有结构性和各项异性的特征。但是仅仅是依靠有限的本构模型就全部反映出这些特征是几乎不可能的，所以我们还得从实际的工程需要出发，建立合理完备的数学研究模型，对不同地基上的路基的沉降变形规律进行深入调查与研究。
地基是路面的基础，地基的稳定性直接关系到路基的安全，尤其在不断填筑路基的施工过程中，时刻观察路基的沉降和变形状态是必不可少的一道程序。工程的沉降变形观测主要以路基面沉降观测和地基沉降变形观测为主。
3.1平坦地基上路基的沉降变形规律
在基于各类实地调查和土体研究的基础上，首先建立了合适完备的路基模型，按照实际的真实情况输入各土层参数、加载、荷载等数据，采用有限元的分析方法，然后观察平坦地基上的路基个加载阶段的横竖向位移、超静孔隙水的压力和塑性变形的变化规律。混凝土路面的平整度使用3m直尺量测，也就是3m直尺与路面表面的最大间隙。高填方路和一级公路不得超过3mm，其他各级公路不应大于5mm。平坦地基应当由透水性材料填筑，因为地势平坦，积水不易排出，有助于路基的沉降和变形。所以，我们采用例如砂、砾石、碎石等具有良好透水性能的材料，便于路面的积水下渗。
3.2斜坡地基上路基的沉降变形规律
斜坡地基填筑堤是目前较为常见的工程原型，采用有限元分析法，全面研究不同地基坡度和环境条件等不同组合的情况下，斜坡地基上路基的整体性和稳定性，通过运用离心模型试验对分析结果进行验证，并且深入发现其的沉降变形规律。研究发现斜坡地基上的路基的水平位移的最大值是位于中部靠近斜坡的地区，并且通过分析研究发现从路堤内侧边缘到外侧沉降变形按照非线性的方式呈现逐步增大的趋势。对于坡面的基底处理，当坡面较小时，只需要清理坡面上的表层，而坡面较大时，就应该将坡面做成台阶的形式，主要是为了防止路堤的滑移和不稳定，且台阶的尺寸底宽一般不小于1m，台阶面也应该分层进行夯实。因此，我们不难发现路基的横竖位移和路基的沉降变形有着密不可分大的联系。
3.3折线地基上路基的沉降变形规律
通过研究调查我们发现，折线地基上路基的沉降变形和斜线路基的沉降变形有共通之处，主要是集中在路堤的上半部分，其中沉降量呈现出从路堤内侧边缘向外侧不断增大的趋势。采用折线型地基会增加路基的填筑厚度，这是导致路基总沉降量以及施工后沉降变形不断增大的主要因素。
4.总结
路基沉降是影响路基路面强度和稳定性的一个至关重要的问题，通过对不同地形条件下高填方路基沉降变形规律的研究与调查，了解到了不同地形对于路基沉降变形的不同影响，也深知路基沉降变形带来的危害。所以要注重预防和养护，采用得当的方法进行良好的观测，只有这样高填方路基的沉降变形危害才不会加大。
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论文作者:李宇晔,袁国栋,杨荣魁
论文发表刊物:《基层建设》2016年4期
论文发表时间:2016/6/15
标签：路基论文; 模型论文; 地基论文; 路堤论文; 塑性论文; 规律论文; 应力论文; 《基层建设》2016年4期论文;