土工格室处理高速公路拓宽部有限元分析

　　为研究三维柔性结构——土工格室加固路基拓宽部的效果，运用ABAQUS有限元软件，采用基于Coulomb定律摩擦模型模拟土工格室复合板体及其填料的非线性接触，模拟分析铺于新老路基结合处底层不同宽度、伸入老路基不同深度的土工格室时的路基顶面的竖向位移、侧向位移和相对差异沉降等。结果表明：土工格室的铺设使路基内应力分布趋于均匀，有效地协调新老路基的不均匀沉降，但加固效果并不随铺设格室的宽度、伸入老地基的深度而成线性增加。

　　随着我国高速公路交通量逐渐增大，蜂巢格室改善负载性能，对原有高速公路进行拓宽改造势在必行。老路拓宽的关键技术之一就是限制新老路基结合部的不均匀沉降，从而减少由此在路面结构内引起的附加应力可能造成路面的早期破坏。近年来，由于土工格室其特有的三维结构、抗弯抗拉性能，现已被广泛应用于高速公路拓宽改建工程。土工格室柔性结构层能有效协调软弱地基的不均匀沉降，增强路基稳定性。目前对土工格室已有较多的研究和应用，Andrawes、K.Z.等(1982)对土单元采用Duncan-Chang的E-v双曲线非线性弹性模型，土与土工合成材料的接触面单元采用双曲线非线性弹性摩擦模型，模拟了土工合成材料与土体的相互作用;杨晓华(2004)将土工格室和其填料假定为复合板体，并研究了复合板体当量变形模量与其填料模量的关系;谢永利等(2004)应用MARC有限元软件对比分析了土工格室处理后的路基不均匀沉降。本文通过分析土工格室的加固机理，针对土工格室在高速公路拓宽结合部的不同铺设位置，运用Abaqus有限元软件对其分析比较，验证了土工格室协调新老路基变形的能力，进而确定土工格室的铺设位置及效益宽度。

土工格室用作工程路基　　我国在九十年代初在吸收国外先进经验的基础上，蜂巢格室稳固路基，开始了土工格室的开发研究工作，并在道路基床病害整治，固定松散介质的应用方面取得了重大突破。随着人们对土工格室特性的进一步了解，蜂巢格室，已经发现其具有其它土工材料(土工布、土工膜、土工格栅、土工模袋、土工网等)不可替代的优势，使其在诸多领域有着独特的应用前景。　　1、 处理半填半路基在地面自然坡度徒于1:5的斜坡上修筑路堤时，路堤基底应挖台阶，台阶宽度不得小于1M时，分期修建或改建公路加宽时，新旧路基填方边坡的衔接处，应开挖台阶，高等级公路台阶宽度一般为2M，在每层台阶水平面上铺设土工格室，利用土工格室自身的立面侧限加筋效应，更好的解决不均匀沉陷的难题。　　2、 风沙地区路基风沙地区路基应以低路堤为主，填土高度一般不就小于0.3M.由于风沙地区路基修筑的低路基及重承载的专业要求，采用土工格室可以对松散填料起到侧限作用，在有限的高度内保障路基具有高的刚度和强度，以承受大型车辆的荷载应力。　　3、 台背路基填土加筋采用土工格室可以更好的实现台背加筋的目的，土工格室与填料间可以产生足够的摩擦力，有效减少路基与构造物间的不均匀的沉降，终才能有效缓解'桥台跳车'病害对桥面的的早期冲击破坏。

土工格室产品采用高密度聚乙烯作为原料，蜂巢格室潜水河道治理，经挤出成型片材、焊接而成立体网状结构。高密度聚乙烯HDPE是一种性能比较好的高分子材料，与低密度聚乙烯（LDPE ） 相比具有结晶度高、软化点高、模量高和强度高等优点，其低温性能尤为突出，在-60 ℃ 的寒冷环境中仍能保持其挠曲性。因此，其应用领域比较广泛，HDPE支链结构少，因此HDPE是一种对环境应力开裂极为敏感的材料。

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