结合湖北省武英高速公路软土路基处理工程实例,采用三维固结理论与有限元软件ABAQUS 对固结度进行计算,并根据实测孔隙水压力推算软基固结度,对比分析表明:考虑蠕变的模型计算的固结度与根据实测孔隙水压力计算的固结度更加吻合,考虑蠕变的数值计算结果更为精确,工程适用性更强。
### 塑料排水板堆载预压软土路基固结度数值分析
#### 一、背景介绍
本文基于湖北省武英高速公路软土路基处理的实际案例,深入探讨了塑料排水板堆载预压技术在软土地基处理中的应用。软土地基因其特殊的物理力学性质,如低强度、高压缩性、低透水性和显著的流变性,在建设高等级公路时容易引发较大的路基沉降问题。因此,采用有效的加固措施和技术对于确保路基稳定至关重要。塑料排水板堆载预压是一种被广泛认可的有效处理方法之一。
#### 二、理论基础
本研究采用了三维固结理论作为基础理论框架。传统的Terzaghi单向固结理论已无法完全适用于现代复杂工程的需求,尤其是在处理软土地基的情况下。三维固结理论考虑了土体中各个方向上的应力变化,更准确地反映了实际工程情况。该理论的基本方程如上所述,包括偏微分方程及其相应的边界条件。这些方程通过数值方法求解,能够得到较为精确的固结度预测结果。
#### 三、数值模拟方法
本研究采用了有限元软件ABAQUS来进行三维固结过程的数值模拟。ABAQUS是一款功能强大的通用有限元分析软件,广泛应用于结构力学、热力学等多个领域。通过ABAQUS软件,可以建立塑料排水板堆载预压处理软土路基的三维模型,并利用该模型进行固结度的计算。
#### 四、蠕变效应的考虑
蠕变是指材料在长时间恒定应力作用下逐渐产生的变形现象。软土尤其具有显著的蠕变特性。本研究特别关注了蠕变效应对软土路基固结度的影响。通过对数值模型的改进,加入了蠕变效应的模拟,使得计算结果更加接近实际工程情况。实验结果显示,考虑蠕变效应后的模型计算出的固结度与根据实测孔隙水压力计算的固结度更加吻合,这表明考虑蠕变效应后的数值计算结果更为精确,对实际工程具有更强的指导意义。
#### 五、固结度计算
1. **径向平均固结度** \(_{r}U\): 在计算过程中,将塑料排水板等效为一定直径的沙井,进而计算径向平均固结度。根据Barron的解决方案,可以得到径向固结度的表达式。
2. **竖向平均固结度** \(_{z}U\): Terzaghi一维固结理论提供了一个简单有效的方法来计算竖向平均固结度。该理论假设荷载为均布荷载,并给出了竖向固结度的计算公式。
3. **平均总固结度** \(_{rz}U\): 综合考虑径向和竖向两个方向的固结效果,可以计算出总的平均固结度。通过将径向平均固结度和竖向平均固结度相结合,可以得到更为全面的固结度评价指标。
#### 六、结论
通过对湖北省武英高速公路软土路基处理工程实例的研究,本研究表明,在计算固结度时考虑蠕变效应的重要性。考虑蠕变效应的模型计算出的固结度与实际测量结果更加吻合,证明了这种方法的有效性和准确性。这对于后续同类工程的设计和施工具有重要的参考价值。此外,通过数值模拟获得的数据还可以用于预测路基最终的沉降量,有助于评估软土路基的长期稳定性。
塑料排水板堆载预压软土路基固结度的数值分析是一项复杂但至关重要的工作。它不仅需要扎实的理论基础,还需要借助先进的数值模拟工具。通过合理地考虑各种因素,可以有效地提高软土路基处理工程的成功率,从而保障交通基础设施的安全性和可靠性。