基于三维Merchant模型的公路改扩建工程路基变形特性研究

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交通运输研究 ›› 2018, Vol. 4 ›› Issue (2) : 66-72.

安全与环保

基于三维Merchant模型的公路改扩建工程路基变形特性研究

陆军,宋亮

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Deformation Characteristics of Highway Subgrade in Reorganization and Expansion Engineering Based on 3D Merchant Model

LU Jun and SONG Liang

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摘要

为进一步分析不均匀沉降对改扩建工程的影响，提出了适用于新疆地区的拼接路基填筑材料设计指标，采用有限元法分析了填筑材料特性对改扩建公路的影响。首先，介绍了三维Drucker-Prager 模型表达式。考虑到Drucker-Prager 模型无法模拟路基工后沉降中存在的蠕变变形，采用了三维Merchant 模型的Prony 级数表达式模拟蠕变变形量。依据连霍高速（G30）新疆境内小草湖—乌鲁木齐段改扩建工程标准断面参数，建立了有限元模型并探讨了填筑材料物理参数对新旧路堤附加变形、沉降差异和路面变形的影响规律。结果表明：随着填筑材料弹性模量的增加，新旧路堤附加变形、沉降和沥青路面变形显著减少；拼接路基竖向位移和不均匀沉降随着黏聚力c 的减小，先减小后增大。黏聚力c和内摩擦角j 主要影响范围是新路基中心至右路肩处。

Abstract

To further analyze the effect of differential settlements on highway reconstruction and expansion project, the filling material design indexes of connecting subgrade applied to Xinjiang were put forward, finite element analysis method was used to analyze the influence of the properties of filling materials on highway reconstruction and expansion project. Firstly, a three-dimensional Drucker-Prager model was presented. Considering creep deformation in post-construction settlement couldn′t be simulated by the Drucker-Prager model, an expression of three dimensional Merchant model′s Prony series was utilized to simulate the creep deformation. The parameters of standard cross-section of the reconstruction and extension project of Lianyungang—Horgos expressway (G30) Xiaocao Lake-Urumqi section in Xinjiang were utilized to build a finite element model. In finite element analysis, the influencing rules of filling material′s physical parameters on additive embankment deformation, settlement difference and pavement deformation were discussed respectively. The results show that additive embankment deformation, settlement and pavement deformation are decreased significantly with the increase of filling material′s elasticity modulus. The vertical displacement and uneven settlement of the connecting subgrade decrease at first and then increase with the decreasing of cohesive force. The main impact area of cohesive force and internal friction angle is the range between the center of new subgrade and right road shoulder.

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陆军,宋亮. 基于三维Merchant模型的公路改扩建工程路基变形特性研究[J]. 交通运输研究. 2018, 4(2): 66-72

LU Jun and SONG Liang. Deformation Characteristics of Highway Subgrade in Reorganization and Expansion Engineering Based on 3D Merchant Model[J]. Transport Research. 2018, 4(2): 66-72

参考文献

[1] 沈立森，杨广庆，程和堂，等. 高速公路路基加宽土工格栅加筋优化技术研究[J]. 岩土工程学报，2013，47（4）：789-793。 [2] 马晓宁，王选仓，张涛. 高速公路改扩建条件评价体系研究[J]. 公路交通科技，2016，33（4）：52-58. [3] 张军辉，黄晓明. 高速公路加宽工程加筋路堤离心模型试验及数值模拟[J]. 公路交通科技，2011，28（4）：1-5. [4] LIANG X Y, JIN J. Application Analysis of Widened Subgrade Reinforced by Lime-Fly-Ash-Improved Soil and Geogrid[J]. Hebei Journal of Industrial Science & Technology, 2016, 33 (4): 329-332. [5] 王欢，王选仓，高志伟. 高速公路软基过渡段均衡沉降处治[J]. 武汉理工大学学报，2014，36（7）：50-54. [6] 郝伟，张争奇，王选仓，等. 堤防道路路基湿度场演变规律数值计算[J]. 水利水电技术，2016， 47（11）：19-24. [7] 张石虎，敖霞，傅少君，等. 某公路扩建工程对高铁桥墩桩基的影响分析[J]. 岩土工程学报，2013，35（S2）：464-470. [8] 罗火生. 佛开高速公路改扩建工程总体扩建方案研究[J]. 公路，2012（2）：4-9. [9] 《中国公路学报》编辑部. 中国道路工程学术研究综述2013 [J]. 中国公路学报，2013，26（3）：1-36. [10] TANG X C, STOFFELS S M, PALOMINO A M. Mechanistic-Empirical Approach to Characterizing Permanent Deformation of Reinforced Soft Soil Subgrade[J]. Geotextiles and Geomembranes, 2016, 44(3): 429-441. [11] DAREEJU B, GALLAGE C, ISHIKAWA T, et al. Effects of Principal Stress Axis Rotation on Cyclic Deformation Characteristics of Rail Track Subgrade Materials[J]. Soils and Foundations, 2017, 57(3): 423-438. [12] SALOUR F, ERLINGSSON S. Characterisation of Permanent Deformation of Silty Sand Subgrades from Multistage RLT Tests[J]. Procedia Engineering, 2016, 143: 300-307. [13] SATYAL S R, LESHCHINSKY B, HAN J, et al. Use of Cellular Confinement for Improved Railway Performance on Soft Subgrades[J]. Geotextiles and Geomembranes, 2018, 46(2): 190-205. [14] 王景环，卢义玉，郭建强，等. 高速公路拓宽工程中填筑材料对新老路堤变形特性的影响[J]. 中南大学学报（自然科学版），2013，44（2）：726-731. [15] 陈俊，符文熹，戴峰，等. 用于填筑路堤加固的竹筋格栅力学性能[J]. 岩土力学，2017，38（1）：174-179. [16] 曹卫平，胡伟伟. 桩承式加筋路堤三维土拱效应试验研究[J]. 岩土力学，2014（2）：351-358. [17] 汪益敏，李庆臻，高水琴. 差异沉降对土工格栅加筋路堤工作性能影响的试验研究[J]. 华南理工大学学报（自然科学版），2011，39（9）：68-74. [18] 汪浩，黄晓明. 软土地基上高速公路加宽的有限元分析[J]. 公路交通科技，2004，21（8）：21-24. [19] RASUL J M, GHATAORA G S, BURROW M P N. The Effect of Wetting and Drying on the Performance of Stabilized Subgrade Soils[J]. Transportation Geotechnics, 2018, 14: 1-7. [20] KERMANI B, XIAO M, STOFFELS S M, et al. Reduction of Subgrade Fines Migration into Subbase of Flexible Pavement Using Geotextile[J]. Geotextiles and Geomembranes, 2018, 46(4): 377-383. [21] 刘金龙，栾茂田，许成顺，等. Drucker-Prager准则参数特性分析[J]. 岩土力学与工程学报，2016，25（增2）：4009-4014. [22] 黄小华，冯夏庭，陈炳瑞，等. 蠕变试验中黏弹组合模型参数确定方法的探讨[J]. 岩石力学与工程学报，2007，26（6）：1226-1231. [23] 黄书岭，冯夏庭，黄小华，等. 岩土流变数值计算中一些问题的探讨[J]. 岩土力学，2008，29（4）：1107-1113. [24] 柳浩，谭忆秋，宋宪辉，等. 沥青路面基-面层间结合状态对路面应力响应的影响分析[J]. 公路交通科技，2009，26（3）：1-6. [25] 高成雷，赵文忠，凌建明，等. 山区公路半填半挖路基沉降控制指标与标准研究[J]. 岩土力学， 2014， 35（1）：151-158. [26] 刘大鹏，杨晓华，王永威. 风积沙在循环荷载作用下的变形特性试验研究[J]. 武汉理工大学学报，2014，36（6）：103-108.