拓宽路堤变形性状的非线性流固耦合有限元分析

论文摘要

由于我国高速公路拓宽工程起步较晚,目前我国对拓宽路堤变形性状的研究开展的还不够,还没有较系统的研究成果。采用有限元数值模拟结合实测资料进行分析研究,是探讨拓宽路堤变形性状的一种有效途径。拓宽部分路堤土自重荷载会使老路路堤产生附加沉降及水平位移,附加沉降及水平位移的大小对拓宽之后公路质量的影响至关重要。目前国内外对于公路拓宽之后引起老路路堤附加沉降随时间的变化及变形的规律还没有进行深入的研究。针对研究现状中存在的不足,本文对不同工况下的拓宽路堤进行了非线性流固耦合有限元分析。主要做了以下三个方面的工作:（1）将Biot固结理论引入有限元方程,土本构关系采用Duncan-Chang模型,方程组的解法用中点增量法,编制了流固耦合的有限元分析程序（CFEAEWD）,该程序可以模拟路堤的分步施工过程;（2）拓宽路堤变形性状的主要影响因素有路基土参数,拓宽宽度,拓宽形式及路基土体分层情况,本文针对这些影响因素,运用有限元程序（CFEAEWD）和商用有限元软件Plaxis分别对拓宽路堤进行非线性流固耦合有限元分析;（3）运用商用软件PLAXIS对广佛高速公路拓宽工程进行分析,并将分析结果与实测的变形值进行对比。通过有限元程序及商用软件PLAXIS对拓宽路堤分析,得出了土体参数、拓宽宽度、拓宽形式及路基土分层情况对路堤变形性状的影响规律。最后通过运用PLAXIS对广佛高速公路拓宽工程实例的计算和分析表明,有限元计算的结果与实测数据比较接近,并且两者得出的规律一致。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 公路路基路面简介
• 1.3 路堤拓宽引起的问题
• 1.4 固结理论
• 1.5 路堤变形土工有限元分析
• 1.6 国内外拓宽公路研究现状
• 1.6.1 国内外高速公路拓宽工程实例
• 1.6.2 公路拓宽的几种形式
• 1.6.3 拓宽路堤的填筑方式
• 1.6.4 拓宽工程中的计算分析方法
• 1.7 本文研究的主要内容
• 第二章 流固耦合有限元分析方法与程序设计
• 2.1 自编程序
• 2.1.1 有限元计算基本假定
• 2.1.2 流固耦合的有限元基本原理
• 2.1.3 土体非线性有限元分析
• 2.1.4 土体非线性分析中的几个问题
• 2.1.5 程序设计
• 2.2 PLAXIS有限元介绍
• 2.2.1 PLAXIS简介
• 2.2.2 有限元理论
• 2.3 本章小结
• 第三章 拓宽路堤的变形性状有限元分析
• 3.1 自编的有限元程序对拓宽路堤的分析
• 3.1.1 算例的计算模型及有限元网格
• 3.1.2 加载历程
• 3.1.3 路堤土的计算参数
• 3.1.4 路基土参数对变形的影响
• 3.1.5 拓宽形式对变形的影响
• 3.2 商用软件PLAXIS对拓宽路的分析
• 3.2.1 计算模型及有限元网格
• 3.2.2 加载历程
• 3.2.3 路堤土的计算参数
• 3.2.4 均质天然地基上的公路拓宽
• 3.2.5 成层土天然地基上的公路拓宽
• 3.3 自编程序与商用软件PLAXIS的对比分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 工程实例分析
• 4.1 广佛高速公路拓宽工程
• 4.1.1 广佛高速公路拓宽工程实验路堤简介
• 4.1.2 有限元计算结果与实测资料对比
• 4.2 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 主要结论
• 5.2 进一步工作的建议
• 附录一
• 附录二
• 参考文献
• 致谢