基于FLAC3D对填挖交界路基不均匀沉降研究分析

西南公路
0　前　言
1　计算原理及假设
道路工程的快速发展为我国的经济建设持续保 1.1　FLAC3D 计算原理
持健康的增长提供了巨大的基础保障。

但是在道路FLAC3D 是Itasca 国际公司所开发的岩土工程专工程快速发展的同时，在实际工程中遇到的各种工业的数值分析软件，是一个三维有限差分程序，该方程问题也十分突出，其中由于填挖交界导致原状土法是将求解域划分为差分网格，然后用有限个网格节区和回填土区的沉降不一致，进而引发道路表面的点来代替连续求解域。

在有限差分法中，一般是将微开裂是比较典型的工程问题之一。

近些年来，有许分方程的基本方程组合边界条件近似地改用有限差分多的专家学者对填挖交界引起的道路的开裂问题都方程来表示，弹性力学中的差分法是建立有限差分方进行过深入的研究分析，如徐建军发现交界处的坡程的理论基础。

其本构关系的形式如下：
[1]比越小，所产生的沉降越大；梁东平通过室外大比例模型试验发现拓宽新老路基拼接处沉降最大，式中：
[2]并且拼接部位的应力变化最为剧烈；李英志通过M ()—本构关系的函数形式；
数值模拟，发现采用土工格栅结合台阶法处理填挖—可能出现也可能不出现的一个历史参数，依交界路堤稳定性效果很好，并且土工格栅铺设竖向赖于特定的定律；
[3]间距在1m 以内时加筋效果最好。

影响填挖交界路“:=”—“由…代换”。

基不均匀沉降的因素主要有:回填土的压实度、回填采用有限差分法的FLAC 软件在计算大变形非土的性状、回填深度、原状土区的坡度、原状土是线性问题或者模拟实际可能出现的不稳定问题时优否开挖台阶以及开挖台阶的数目、施工方式、地下势比较明显，其处理问题的速度及精度都比较良好。

它可以模拟计算三维岩、土体及其他介质中工渗水、路面的荷载等。

本文依靠FLAC3D 软件对其程结构的受力与变形形态。

在道路沉降变形问题上中的回填土的压实度、回填深度以及原状土的坡度[4]等几个影响因素进行数值模拟研究分析。

有着广泛的应用。

σ=M (σ,e ,k )ij ij ij σ,e ,k ij ij k 【收稿日期】2018-12-19
【作者简介】刘亚非（1986-），男，陕西韩城人，硕士研究生，工程师，主要从事市政基础设施设计及技术管理。

基于FLAC3D 对填挖交界路基不均匀沉降研究分析
1222
刘亚非　孙志虎　刘博怀　郭志元1．中建幸福林带建设投资有限公司　陕西西安　710000；2．甘肃中建市政工程勘察设计研究院有限公司　甘肃兰州　730000）
（【摘　要】回填深度、边坡坡度、不同的压实度以及不同的边坡处理方式等工况进行了模拟，得到一些影响路基沉降变形的规律。

研究结果对于减小填挖交界路基的不均匀沉降有重要的指导意义。

【关键词】有限差分；填挖交界；不均匀沉降
【中图分类号】U416.1 【文献标识码】填挖交界处路基的道路经常出现各种开裂问题，利用FLAC3D 有限差分软件对回填时不同的A
2019年第1
期
2.2　求解流程
别模拟坡度为30°、45°、60°、75°时，路基顶面的采用FLAC3D 软件进行数值模拟时，有三个部最大沉降，模拟的结果（如图2所示）。

分必须指定：有限差分网格、本构关系和材料特性。

一般求解流程为：
（1）建立模型网格，生成所需要的形状；
（2）定义本构模型、设置边界条件、定义材料属性、设置初始条件；
（3）检查所建立的模型是否进入平衡状态（如果没有，则需要进一步检查（1）、（2）步骤是否设置的合理准确）；
（4）加载及连续建模；（5）求解；通过图2可以看出：
（6）输出计算结果。

（1）随着坡角的增大，路基顶面各处的沉降也在不断地增大，当坡角从30°增大到45°时，路基2　模拟工况及结果分析
各点的沉降增加的比较明显。

但当坡角继续增大，2.1　模型简介
路基沉降量虽然也会继续增大，但增加速率已经没数值模拟时设定的模型尺寸为：模型顶部宽有从30°增大到45°时明显。

48m ，底部宽60m ，高38m 。

模型一共被划分为（2）填挖交界处投影到路基顶面的范围大概475个单元。

模型的左右约束水平向位移，底面同时在路基宽度10m ~24m 之间，在这个区间内，路基的约束水平和竖向位移。

本构模型采用摩尔—库伦塑沉降受坡角的影响比较大。

性模型（如图1所示）。

3.4　不同压实度工况
为模拟土层不同压实度工况下对路基沉降的影响，通过人工夯实的方法得到了四种压实度的土，并通过室内土工试验得到了这四种土的基本物理力学参数作为数值模拟时的参考值，见表1。

3.2　模型基本假设
模型假设：
（1）假设回填区的填土是一次填筑而成；（2）不考虑地基土应力和路基上部的车辆荷载；
（3）原状土先发生固结后再进行回填区的土体回填工作；
（4）假设填挖交界处原状土和回填土的接触良好。

3.3　不同坡度工况
在含水率、回填高度、压实度相同的情况下分
图1　模型图（单位：m
）
回填土
原状土
坡角
0沉降量/m m
路基宽度/m 图2　坡度与沉降量关系曲线
表1　土层基本物理力学参数表
压实度
变形/kPa 泊松比内聚力/kPa
内摩擦角3
容重kg/m 87%76000.2970.531.31990%147000.2480.432.92093%158870.2482.633.42196%
16935
0.23
86.934.5
22
0沉降量/m m
路基宽度/m
图4　不同压实度与路基沉降关系曲线
刘亚非，孙志虎，刘博怀，郭志元：基于FLAC3D 对填挖交界路基不均匀沉降研究分析
西南公路
通过图4可以看出：
（1）压实度为87%的路基土，其路基顶面的沉降值明显大于压实度为90%、93%、96%这三种。

（2）当压实度≧90%时，继续提高土的压实度虽然可以减少沉降值，但是这种减少效果已经不再显著。

根据2015年05月01日起实施的《公路路[5]
基设计规范》（JTG
D30-2015），对于高速公
路、一级公路的路堤压实度要求不小于
94%，由于
路基土的种类不同，其各项物理力学性质也不同，
规范中规定压实度不小于94%的要求是比较笼统的，某些路基土压实度达到90%时，其沉降已经很小，再进一步通过提高路基土的压实度来减小沉降[6]的效果微小。

3.5　不同填挖交界类型工况
目前在《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）中，规范对于既有路基的处理建议是将台阶这三个模型均按照相同压实度（87%）进行的开挖成高1.0m ，宽1.5m 。

为验证规定的合理性和探模拟，结果发现将填挖交界面开挖成带有一定坡度究较为优化的开挖方法，下面通过FLAC3D 软件，的台阶对减小路基顶面的沉降效果最好，而没有开对于以下三种工况进行了数值模拟：
挖台阶和进行直立开挖的台阶效果沉降值较为接（1）开挖的台阶带有一定的坡度，坡比为近。

模拟的结果与《公路路基设计规范》里面建议的内容有些矛盾，分析原因主要有以下几点：
1:1.5；
（1）本次模拟的填筑高度为8m ，实际工程中（2）没有开挖台阶，但斜坡的坡比为1:1.5；可能的填筑高度要远大于这个高度；
（3）进行直立开挖，开挖的台阶高1.0m ，宽（2）一般路基的压实度≥94%，而在模拟时1.5m 。

模型（如图6所示）。

为了能够更清晰的看出不同的工况所带来的沉降差异，所以模拟所设置的压实度＜94%，因此当设置直立台阶进行开挖时，沉降量也会较大；
（3）规范中并未说明采取开挖台阶的处理方式是适用于某几类土质还是适用全部的土质，不同的土质也极有可能对应不同的填挖交界处理方式。

尽管模拟的结果和规范有些不一致，但是也从模拟的方面论证了不同的处理方式确实对路基顶面的沉降有一定的影响。

3.6　不同填筑高度工况
在保证压实度为87%，坡角为1:1.5，填挖交界为未经处理的斜坡面情况下，分别对填筑高度为4m 、6m 、8m 、10m 的路基的沉降进行数值模拟结
果如下：
由图9可知，随着回填高度的增加，路基表面的沉降量也在不断地增长，并且根据图10可以看出路基
10
38
回填土
原状土
32.5
60
1.5
1.5
图5　工况一（单位：m ）
103820.5
60
回填土原状土
图6　工况二不进行任何处理（单位：m ）
图7　工况三　开挖成台阶状（单位：m ）
图8
　不同工况与路基沉降关系曲线
沉降量/m m
路基宽度/m
刘亚非，孙志虎，刘博怀，郭志元：基于FLAC3D
对填挖交界路基不均匀沉降研究分析
表面的最大沉降量和回填高度大致呈现线性变化。

角）、土的压实度、填挖交界面的处理方式以及回
填土的回填高度有一定的关系：
（1）随着坡比的增大，路基顶面的沉降量也
在不断地增大，并且在45°之前，沉降量随角度的变
化比较明显；
（2）压实度对沉降量的影响是这几种因素中
最明显的，压实度越大，路基的沉降量越小，但当
压实度达到一定值时，路基的沉降量就不会再发生
显著的增长；
（3）采用不同的方式处理填挖交界面对路基
的沉降有一定的影响，但是在实际工程中应该考虑
土质对压实效果的影响；
（4）沉降量随着填土高度的增加大致呈现线
性递增。

参 考 文 献
[1] 徐建军.半填半挖路堤施工过程数值模拟研究[D].长沙理工大学,2007.
[2] 梁东平.黄土地区高速公路拓宽路基沉降性状大比尺模型试验研究[D].
长安大学,2012.
[3] 李英志.填挖交界路堤稳定性评价与控制技术方法研究[D].石家庄铁道
大学,2017.
[4] 陈育民,徐鼎平.FLAC/FLAC3D基础与工程实例(第二版)[M].北京:中
国水利水电出版社,2017:41-47.
[5] 中交第二公路勘察设计研究院.公路路基设计规范[M].2004.
3　结　论
[6] 孙东明,张弘.利用有限元法分析公路填挖交界路基沉降[J].西南公
填挖交界路基的沉降与坡角（原状土的坡路,2015(04):56-59.
图9　不同填筑高度与路基沉降关系曲线
图10　回填高度和路基最大沉降量关系曲线
沉
降
量
/
m
m
路基宽度/m
最
大
沉
降
量
/
m
m
填筑高度/m。