全国中文核心期刊路基工程2009年第1期（总第142期）
山区拓宽公路新老路基不协调变形分析
莫百金
（邵怀高速公路溆浦连接线工程建设有限公司
湖南怀化418000）
摘要运用数值分析法，建立山区拓宽公路路基有限元模型，分析了山区拓宽公路新老路基的
不协调变形特征，并对其在道路拓宽工程中产生的破坏形式进行论述，为新老路基的处治提供参考。
关键词路基不协调变形数值分析
引言
山区地形地貌复杂，不良地质条件普遍，公路多处于高填、深挖地段，因而使得山区公路改造比平原及微丘区公路改造技术难度大。公路改造工程中，新老路基不协调变形是路基拓宽工程的主要病害之一。因此，正确认识不协调变形的组成，合理计算不协调变形的大小和分布特征是路基拓宽工程设计和工程处
［5］
治措施的基础。周志刚等［1］～进行过相关研究，并且取得了一些很有价值的成果。本文运用数值分析法，建立山区拓宽公路路基有限元模型，分析了山区拓宽公路新老路基的不协调变形特征，为山区拓宽公路工程的设计与新老路基的处治提供参考。
0
考虑，进行二维有限元分析；②土体为弹塑性材料，采用修正的D-P模型模拟；③新老路基结合部处治较好，不因稳定性不足而出现滑移，接触条件为完全连续；④老路基和地基的初始应力场由老路基和地基的自重荷载产生；⑤地基底面两个方向均为约束，地基宽度外侧水平向约束。网格划分见图1。
图1网格划分示意图
1路基不协调变形的计算方法1.1计算原理
路基不协调变形在不同工程条件下有不同特点，且构成不协调变形的各组成部分计算相当复杂，难以通过纯理论来解决。有限元法可考虑复杂的边界条件和模拟材料的非线性以及状态的非线性，本文对新老路基不协调变形运用ABAQUS有限元软件进行分析。
采用二维有限元模型，按平面应变问题对路基拓宽工程进行处理。对拓宽路面结构产生影响的是工后不协调变形，在沉降计算中要考虑到随时间变化的问题，假定新老路基结合部采用开挖台阶或采用土工合成材料加筋处治，不因稳定问题而出现滑移与错台。1.2岩土本构关系
计算中地基和路堤为弹塑性材料，本构关系采用
［6］，［7］
Drucker-Prager模型，其屈服条件为广义vonMis－es屈服条件。
1{s}T[M]{s}1
2-σ=0F=3βσm+（1）y
2
{s}为偏差应力；[M]式中σm为平均应力或静水压力；
为Mises屈服准则中的[M]；β为材料常数，可由φ决定，其表达式
2sinφβ=（2）
）姨3（3-sinφ
σy为材料的屈服参数，定义为
6ccosφσy=（3）3（3-sinφ）姨
1.3计算模型和流程
（1）为简化计算，假定：①按平面应变问题进行
（2）计算流程为：①计算地基自重作用下的静力
平衡；②计算老路堤自重荷载作用下的应力场和沉降；③模拟新路基施工；④计算竣工结束后路堤顶面的沉降；⑤整理沉降数据。
新老路基不协调变形的基本特征
本文采用一段山区公路拓宽路堤进行分析。路堤填高8m，老路顶宽10m，需在原路基右侧拓宽10m，边坡1∶1.5，拓宽路堤底面宽44m，地基深度、宽度分别取30m、140m。相关参数见表1。
表1
类别老路路堤拓宽路堤路基
2
路堤填土及地基土计算参数表
μ0.350.350.35
φ/（°）454540
渗透系数
/（m·s-1）5×10－85×10－85×10－8
高度或深度3
γ/（kN·m－）E/MPa
/m
8830
18.018.018.0
20154
（1）对计算结果整理可得：地基在自重作用下的云图（图2）；新路堤竣工时的沉降云图（图3）；道路拓宽且使用一段时间后的路堤总沉降云图（图4）；
莫百金，男，高级工程师，硕士。
莫百金：山区拓宽公路新老路基不协调变形分析
·83·
U、U2
+3.015e-02+1.124e-02-7.660e-03-2.656e-02-4.547e-02-6.437e-02-8.328e-02-1.022e-01-1.211e-01-1.400e-01-1.589e-01-1.778e-01-1.967e-01
（2）如原路面不利用，则新老路基顶面的不协调变形均为工后沉降，见图7，最大拉应力位于拓宽路基中部的面层。如原路面继续利用，则老路基顶面的不协调变形为老路基在新路堤作用下发生的总沉降，而新路基顶面的不协调变形则为新路基发生的工后沉降，见图8、图9，最大拉应力位于新老路面的接合处与老路面的顶面。
计算点距路堤顶面右侧边缘距离/m
老路堤顶面不协调变形/cm0246810
510
图3新路堤竣工时变形云图（单位：cm）
U、U2
+1.598e-02-4.080e-03-2.414e-02-4.419e-02-6.425e-02-8.431e-02-1.044e-01-1.244e-01-1.445e-01-1.645e-01-1.846e-01-2.046e-01-2.247e-01
图8老路堤顶面不协调变形图
计算点距路堤顶面右侧边缘距离/m
新路堤顶面不协调变形/cm0.000.050.100.150.200.250.30
101520
图4最终沉降云图（单位：cm）
新路堤顶面竣工时的沉降曲线（图5）；路堤顶面竣工后的沉降曲线（图6）及路堤顶面总沉降曲线
）。（图7
计算点距路堤顶面右侧边缘距离/m
路堤竣工时沉降/cm05101520
5101520
图9新路堤顶面不协调变形图
图5路堤竣工时路堤顶面沉降图
计算点距路堤顶面右侧边缘距离/m
2.0工后沉降/cm048121620
2.22.42.62.8
图6路堤顶面工后沉降图
计算点距路堤顶面右侧边缘距离/m
0总沉降/cm5101520
510152025
（3）由图可见，新老路堤的不协调变形形态是不
同的：若新老路面完全分离，则可视为两个独立的路面结构，老路堤的不协调变形呈上凸状，其在路面中产生的应力状态为基层和面层顶面受拉；新路堤的不协调变形呈下凹状，其在路面中产生的应力状态为基层和面层底面受拉。新老路基顶面的不协调变形均呈现“～”形曲线，新老路面都可能产生破坏。因此，拓宽工程的设计和施工要以变形协调为出发点，尽量减小新老路基各自发生的不协调变形。
如新老路面完全连续，则应视为一个整体路面结构，其对不协调变形的响应应作整体分析。不协调变形的变坡率可能在新老路基部位发生突变，即使对老路面进行部分开挖，在较小的范围内仍将发生很大的变坡率的变化，由力学分析可知在此部位可产生很大的应力集中而导致路面开裂。所以，需要对原有路面和老路边坡进行开挖，并铺设土工格栅，提高新老路基的整体性，保证新老路基、路面工后变形的光滑连续。
结语（1）运用数值分析法，能较好地模拟山区拓宽公路新老路基的不协调变形特性，为山区拓宽公路工程的设计与新老路基结合部的处治提供依据。
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图7路堤顶面总沉降图
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全国中文核心期刊路基工程2009年第1期（总第142期）
不同因素作用下采空区对地表稳定性影响分析
孟
伟1
张立伟2
曾德礼1
（1，中铁二院工程集团有限责任公司
四川成都610031；2，西南交通大学土木工程学院）
摘要采空区对地表稳定性的影响，除受采空区本身的几何尺寸、开采深度等因素影响外，还
受复杂的上覆岩层性质、裂隙带发育程度等诸多因素的影响，且各种因素对地表稳定性影响情况均不相同。文中采用FLAC软件分析各类因素对地表稳定性的影响。
关键词采空区地表稳定性因素模拟
0
前言
随着交通建设事业的跨越式发展，铁路、公路建
，［2］
设工程可能遇到越来越多的地下采空区问题［1］。采空区由于存在地下空洞，空洞塌陷必然对上覆地表稳定性产生影响，最终影响其上部各类建筑物。由于FLAC软件对模拟岩土体大变形效果较好，因此本文采用FLAC对各类复杂影响因素分别进行模拟，分析各种因素作用下采空区对地表稳定性的影响。
1500.0-0.5Y位移/m-1.0-1.5-2.0-2.5-3.0
175
地表位置/m
20040
225250
506070
（a）Y位移
X位移/10-1m1对地表稳定性分析［3］
1.1开采宽度的影响1.1.1模型参数
计算模型共分两层，地表覆盖10m黄土。第二层为石灰岩，厚265m。网格划分单元大小为5m×5m。空洞存在单元局部细化，采空区采厚5m。通过改变开采宽度进行模拟分析。岩土物理力学参数见表1。
表1
岩土黄土灰岩
岩土物理力学参数表
粘聚力/kPa45200
内摩擦角/（°）
3035
体积模量剪切模量密度
/MPa/MPa/（kg·m-3）14.017857.2
34687
15002700
150
14121086420-2-4-6-8-10-12-14
175
地表位置/m
200225250
40506070（b）X位移
图1开采引起的地表各点沉降值X、Y值对比图
（开采宽度影响）
1.1.2计算结果
计算结果见表2、图1。
表2
采宽/m
20
地表位移最大值随开采宽度影响变化表
300.58786.6150
4013.5900
5058.0300
60
70
Xmax/cm0.1914Ymax/cm6.5790孟
87.8400114.8000
36.4600158.7000232.5000280.9000
伟，男，助理工程师。
1.2开采厚度的影响1.2.1模型参数
计算模型与1.1.1相同。采空区宽度40m，埋深70m。通过改变开采厚度进行模拟分析，岩土物理力学参数见表1。1.2.2计算结果
计算结果见图2、表3。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（2）新老路基不协调变形特征与原有路面利用与否有关：不利用时，新老路基顶面的不协调变形均为工后沉降；利用时，若新老路面之间完全分离，新老路基顶面的不协调变形均呈现为“～”形；若新老路面完全连续，不协调变形可能在新老路基相连部位发生突变。参考文献：
［1］嵇如龙，张永宏，宋吉录.软土地基上路基拓宽处理技术研究［J］.华
东公路,2002（5）：25－29.
［2］周志刚，郑健龙.旧路拓宽设计中的有限元分析［J］.力学与实践，
1995（5）：18－20.
［3］周志刚，郑健龙.老路拓宽设计方法的研究［J］.长沙交通学院学报，
1995（3）：50－56.
［4］黄琴龙.旧路拓宽工程的病害特征和机理［J］.同济大学学报，2004（2）.［5］黄琴龙，凌建明，钱劲松.新老路基工后差异变形对路面结构的影响
［J］.同济大学学报，2005（6）：759-762.
［6］徐干成，郑颖人.岩土工程中屈服准则应用的研究［J］.岩土工程学报，
1990，12（2）：93-99.
［7］钱家欢，殷宗泽.土工原理与计算（第2版）［M］.北京:中国水利水电
出版社，1996.
收稿日期：2008-09-21
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