循环荷载下软土地基固结沉降分析

降,研究软土地基在车辆循环荷载下的变形及应力等特征， 对控制工后沉降处理软土地基具有一定意义。以处于软土

1剑桥模型剑桥模型是由Roscoe等根据正常固结黏土和弱超固结

地基的某公路为例，应用ABAQUS建立饱和软土地基修正剑 黏土的三轴试验,提出了可以表现土的弹性-硬化塑性性质 的临界状态模型，并建立塑性与硬化规律的函数⑶，其屈服

桥模型，不同时段通行车辆为循环荷载，得到公路在循环荷

载下变形、应力、孔压等分布特性。结果表明，高峰通行时间 越长地基的变形量越大，地基顶部孔压较底部孔压消散快， 达到完全固结需要相当长的时间。函数为：*曲皿常）-1 ⑴关键词:饱和软土；车辆荷载;ABAQUS ；瞬态动力响应 式中,P'为临界状态曲线上的值,P；为最大平均应力。中图分类号:TU447 文献标志码:B修正剑桥模型是在剑桥模型的基础上,考虑到在完全状

文章编号：1672 -4011（2019）09 -0099 -02

DOI：10. 3969/j. issn. 1672 - 4011. 2019. 09. 048态边界面内剪应力增加时产生的塑性剪切变形,根据正交条

件和相关联流动法则，将屈服函数修改为：f 二卑+ M2p，-2M2p：

（2）Consolidation settlement analysis of soft soil

under cyclic loadsLIU Xuemin,ZHAO RuixiuP剑桥模型简单,参数具有明确的物理意义,且能够合理 描述正常固结与超固结土的剪缩、剪胀、硬化、软化和应力路 径依赖等性质。（Department of Civil and Architectural Engineering, Shanxi

Institute of Technology, Yangquan 045000, China）

2车辆荷载软土地基受车辆自身的振动特性、行车速率及路面平整

Abstract: Due to the large post - construction settlement of soft

soil under vehicle loads, studying deformation and stress charac­teristics of soft soil is of great significant to control post - con­

度的变化而不同，车辆在路面某一点的持续时间是比较短

的，而公路的设计使用年限又是比较长的，作用于路面的车

struction settlements and treat soft soil. In this paper, a road set­tling in soft soil foundation is built in ABAQUS, which uses Cam Clay model to simulate saturated soft clay ground, and takes vehi­

辆循环荷载是一个随机过程⑷。目前通常采用一定的方式 对车辆荷载简化,不同简化方式分析结果差异较大。本文采用矩形波荷载模拟车辆对软土地基的作用，忽略

cle effects as cyclic loads. According to the result of distribution

characteristics of deformation stress and pore pressure, it can be

水平荷载对路面的影响,假设车辆仅在某时间段通行，且在

concluded that the longer traffic peak time the larger foundation and long time needed to complete consolidation.该时段内只有一种车型、一种速度，并且车辆对地面的竖向 荷载大小不变。以货车为例，标准轴重为100 kN,轮胎着地

Key words: saturated soft soil ； vehicle loads ； ABAQUS ； transient

dynamic response压力0.7 MPa,与地接触面积0.071 3 m2,竖向应力为1 400

kPa[5]，每天高峰通行4 h,矩形循环荷载见图1。二面层层0前言近些年,我国道路交通迅速发展对推动社会经济发展起

地基到了重要作用，受地理条件的限制，许多公路必须建造于软

土地基上。软土地基的复杂物理力学性质，加上长期的车辆 循环作用造成了地基过大变形、沉降等，这不仅影响车辆正

常通行，而且修复处理困难。60图1模型几何尺寸在车辆对地基响应研究上,研究者通常通过一定的方式

对车辆荷载做简化，考虑土的非线性将地基看作半无限大均 质或层状体系，分析车辆荷载影响深度,应力、应变、沉降等

沿深度的变化规律等，以此综合评价地基对车辆的荷载响 应，并提出改进措施心。3工程实例分析3.1模型建立某软土地基公路，路堤顶宽12 m,路堤边坡1：1.5,高度

3 m,面层厚0. 3 m,路堤厚度2. 7 m,填土容重20 kN/m3,地

基为正常固结饱和软土，饱和容重18 kN/m3,厚度10 m,地 下水位于地基表面，软土层下为不透水岩层，顶面自由排水。

收稿日期：2019 -03 -22作者简介：刘学敏（1989 -），男，河北邯郸人，硕士研究生，助教，主要 研究方向：基于性能的结构抗震设计。取半幅路堤、路基为研究对象,面层采用完全弹性模型,路堤 采用摩尔库仑模型，地基采用修正剑桥模型⑹，材料参数见 表1。由于选取半幅路堤及地基进行分析，因此，约束模型左基金项目：山西省“1331”工程专项资助项目（KYQD-03）・99・Vol.45,No.9Sep.,2019Sichuan Building Materials材料参数6 g 坊第45卷第9期2019年9月右两侧的水平位移，固定模型底边的所有位移，并在分析一 开始的地基顶面孔压边界设为零。

表1

材料模型排水条件cz/kPa甲，/(°)E /MPa1 300VX k Meikxio _6/( m • d _1 )面层路堤完全弹性0.250.250.330.080 1

MCMCC完全排水250401 100软土地基固结0.015 5 0.750 82.00.004 33.2荷载工况先对软土地基进行初始应力平衡,其次对基层和面层进 行加载和固结分析，时间分别为90 d,最后以高峰通行时间

布,横坐标表示从土体表面算起的深度，由图可知，顶部孔压

消散的较快，底部孔压消散较慢，形成向上的渗流而从顶部

排出。图5给出了工况5下超孔压均随时间的变化,超孔压 在正压和负压之间变动，最大正孔压不断减小，孔压不断

为参数建立5种工况，即高峰通行2、4、6、8、10 h,车辆对地

面压力1 400 kPa。消散。3.3计算结果分析4结论本文阐述了可以表现土体弹性-硬化塑性性质的剑桥

模型，其塑性与硬化规律的物理意义;建立面层、基层、地基

二维平面应变模型,采用剑桥模型模拟软土地基,对车辆荷

载简化为特定时间段的恒定压力;分析了 5种车辆高峰通行

条件下,路基表面及深度范围内的沉降变化,不同时刻孔压

随时间及深度的变化，计算结果表明:①车辆荷载作用下路 基最大沉降量发生于轮载处，坡脚处的隆起量最大,在深度6

m以下各工况位移变化曲线斜率趋于一致;②循环荷载下顶

部孔压消散的较快，底部孔压消散较慢，地基达到完全固结 需要相当长的时间;③移动荷载和正弦荷载作用下,路基顶

面的各塑性应变参数随荷载步的增加和时间的延长均呈现

增大趋势。[ID：008347]参考文献:[1] [2] [3]

刘飞禹•交通荷载作用下软土地基动力特性及加筋道路动力

响应研究[D].杭州:浙江大学,2007.图4 工况5沿深度不同时刻 图5 工况5深度8 m处孔压随时间变化图曹利凌•车辆荷载作用下道路一软土地基结构体系动态响应 分析[D].青岛:青岛理工大学,2014.赵蕾，陈筠，郭忠虎，等.基于ABAQUS的红黏土地基排水固结

孔压分布

从图2〜3可以看到，不同高峰通行时间对地基产生的 竖向位移变化沿深度和长度相同，路基顶面最大沉降量为 0. 091 m发生于轮载作用处，沿深度高峰通行时间越长竖向

沉降分析[「•长江科学院院报,2015,32(2) ：103 -107.[4] [5] [6]

田飞,褚进晶•交通荷载特性及其模拟方法研究[J] •水利与建

筑工程学报,2014,12(4) ：66-71,161.陈剑,苏跃宏.交通荷载作用下公路路基动力特性的数值模拟 研究[J].公路交通科技,2011,28(5):44 -48.位移减小越慢，在深度6 m以下各工况位移变化曲线斜率趋 于一致；路基顶面从轮载作用面至坡角处竖向位移由沉降变

为隆起，坡脚处达到最大值，高峰通行时间越长坡脚隆起量 越大。图4给出了工况5下t = 10、20、30 d孔压沿深度的分

费康，张建伟.ABAQUS在岩土工程中的应用[M].北京：中国 水利水电出版社,2010.・100・