摘要：以大粒徑土石混填路基施工為研究對象，采用有限元軟件模擬分析該方法對路基處理效果，并對相關(guān)參數(shù)影響進行分析，得到以下結(jié)論：大粒徑塊石的存在不會對路基的應(yīng)力和位移的分布造成影響，且按照一定的方法采用大粒徑塊石填筑路基時的路基抵抗變形能力要強于無塊石路基；隨著徑塊石間凈距的增大，路基沉降呈現(xiàn)出先減小后增大的變化趨勢，最佳塊石凈距為1.5倍的塊石粒徑；隨著塊石距路基頂面垂直距離的增大，路基沉降呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢，塊石距路基頂面垂直距離應(yīng)宜不小于2.5m；工程中若采用雙層或多層大粒徑土石混填料填筑路基時，應(yīng)采用塊石上下錯位放置的方式。

關(guān)鍵詞：路基應(yīng)力和位移；路基填筑；大粒徑塊石；數(shù)值模擬

0 引言

山區(qū)高速公路修筑過程中，材料運輸較為困難，而山體破碎過程中，會產(chǎn)生大量的大粒徑塊石（粒徑集中在60～80cm之間），如何做到就地取材，將大粒徑塊石應(yīng)用到路基填筑施工當(dāng)中極為重要[1-3]。

近年來，國內(nèi)學(xué)者對此進行了一系列研究。商浩乾等[4]以某土石混填路基施工為研究對象，重點對施工工藝流程進行分析，結(jié)果表明該施工技術(shù)滿足指標(biāo)控制要求。陳思遠(yuǎn)等[5]以某陡坡段高速公路路基填筑為研究對象，采用PFC3D有限元軟件分析了土石混填路基施工效果，結(jié)果表明陡坡坡度對土石混填路基壓實質(zhì)量影響最大，其次是含石量，最小的是循環(huán)加載遍數(shù)。黃先昌等[6]提出了一種新的土石混填路基沉降變形預(yù)測模型，結(jié)果表明該預(yù)測方法在實際工程中應(yīng)用良好，且在相同的參數(shù)條件下，得到的擬合曲線誤差越小，數(shù)據(jù)預(yù)測的準(zhǔn)確度就越高。

本文以大粒徑土石混填路基施工為研究對象，采用有限元軟件模擬分析了該方法對路基處理效果，并對相關(guān)參數(shù)影響進行了分析，研究結(jié)果可為類似工程設(shè)計和施工提供借鑒。

1 研究背景

某山區(qū)高速公路高填方路基工程，路基填料需求量較大，且土方內(nèi)運成本較為高昂。路塹開挖產(chǎn)生了較多大粒徑塊石，而將這些大粒徑塊石合理的應(yīng)用到路基修筑當(dāng)中，則對于節(jié)省成本、加快施工進度具有重要的意義。

當(dāng)前，現(xiàn)有的規(guī)范要求路基土石回填料塊石最大粒徑應(yīng)不超過50cm，對于超過這一規(guī)定的塊石需進行破碎然后才能使用。由于這些塊石普遍較為堅硬，且具備較強的抗風(fēng)化能力，粉碎難度通常較大。

為了研究直接將大粒徑塊石進行回填利用是否可靠，擬采用數(shù)值模擬的方法進行研究，路基斷面示意圖如圖1所示。需要指出的是大粒徑塊石粒徑集中在60～80cm之間，本文以粒徑為70cm為研究對象。

2 研究方法

如圖2所示，本節(jié)采用大型有限元軟件ABAQUS建立數(shù)值模型。模型頂部路基寬度為20m，路基高度為6m，路基兩側(cè)邊坡坡率均為1：1.5，模型整體寬度為60m，高度為20m。塊石分為上下兩層布設(shè)，上下交錯放置且兩層埋深分別為2.5m和3.5m，塊石的粒徑為70cm，塊石間水平間距取1.5倍的塊石粒徑。

模型建模均采用實體單位模擬，模型除上邊界外，其他邊界均進行位移約束，模型均采用摩爾-庫倫本構(gòu)模型，表1給出了相關(guān)材料的物理力學(xué)參數(shù)。

3 研究結(jié)果分析

為了對大粒徑塊石的應(yīng)用效果進行分析，本文共設(shè)置兩種工況，工況1為不含大粒徑塊石，工況2為含大粒徑塊石。

3.1 不同工況下路基豎向應(yīng)力與位移分析

3.1.1 ?ZBglWZAmXZKulBLo1mb0cw==;路基豎向應(yīng)力

兩種不同工況下的路基豎向應(yīng)力云圖如圖3所示。由圖3可知，兩種不同工況下的路基受力整體表現(xiàn)為壓應(yīng)力，且無大粒徑塊石工況下的路基整體應(yīng)力略高于有塊石時。工況2時的塊石周圍出現(xiàn)小范圍的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

3.1.2 路基最大豎向和水平位移

兩種不同工況下的路基最大豎向和水平位移模擬結(jié)果如表2所示。由表2可知，兩種不同工況下的路基沉降變形規(guī)律基本一致且分布較為均勻，均在路基中心沉降值最大。對于無塊石時，路基最大沉降值為71.17mm；對于有塊石時，路基最大沉降值為70.42mm，大粒徑塊石的存在一定程度上還減小了路基最大沉降。

兩種不同工況下的路基水平位移規(guī)律同樣基本一致，均在路基兩側(cè)坡腳附近水平位移值最大。其中無塊石時，路基最大水平位移值為13.11mm。而有塊石時，路基最大沉降值為13.14mm，二者基本無差異。

綜上可知，大粒徑塊石的存在不會對路基的應(yīng)力和位移的分布造成影響，且采用含大粒徑塊石時路基的最大沉降一定程度上略有減小。

3.2 不同工況下的路基沉降監(jiān)測分析

相比于水平位移，路基的豎向位移對于路基的整體穩(wěn)定性和功能發(fā)揮更加重要。為了更加具體的大粒徑塊石存在對路基豎向位移的影響，通過監(jiān)測得到了兩種不同工況下的路基沉降對比曲線，如圖4所示。

由圖4可知，工況2下的路基沉降整體比工況1時要小，即按照一定的方法采用大粒徑塊石填筑路基時的路基抵抗變形能力要強于無塊石路基。

3.3 相關(guān)參數(shù)影響分析

為了對影響大粒徑土石混填料路基變形的因素進行分析，本節(jié)通過控制變量的方法分析了塊石間凈距、距路基頂面垂直距離以及塊石上下放置方式等因素對路基沉降的影響。

3.3.1 大粒徑塊石間凈距的影響

大粒徑塊石間凈距對路基沉降影響曲線如圖5所示。由圖5可知，隨著徑塊石間凈距的增大，路基沉降呈現(xiàn)出先減小后增大的變化趨勢，在凈距取1.5倍的塊石粒徑時路基沉降最小，說明最佳塊石凈距取1.5D（D為塊石粒徑）。

3.3.2 大粒徑塊石距路基頂面垂直距離的影響

大粒徑塊石距路基頂面垂直距離對沉降影響曲線如圖6所示。由圖6可知，隨著塊石距路基頂面垂直距離的增大，路基沉降呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢，且減小速率逐漸放緩，在塊石距路基頂面垂直距離大于2.5m后路基沉降基本趨于穩(wěn)定。工程中塊石距路基頂面垂直距離宜不小于2.5m。

3.3.3 塊石上下放置方式的影響

為了探究雙層大粒徑塊石情況下塊石上下放置方式的影響，文中設(shè)定了上下重疊放置和上下錯位放置兩種不同放置方式，得到塊石上下放置方式對路基沉降影響曲線，如圖7所示。由圖7可知，相比于塊石上下重疊放置，采用塊石上下錯位放置時路基沉降整體略有減小，即在工程中若采用雙層或多層大粒徑塊石時，應(yīng)采用塊石上下錯位放置的方式。

4 結(jié)束語

本文以大粒徑土石混填路基施工為研究對象，采用有限元軟件模擬分析了該方法對路基處理效果，并對相關(guān)參數(shù)影響進行了分析，得到以下結(jié)論：

大粒徑塊石的存在不會對路基的應(yīng)力和位移的分布造成影響，且按照一定方法采用大粒徑塊石填筑路基時的路基抵抗變形能力，要強于無塊石路基。

隨著徑塊石間凈距的增大，路基沉降呈現(xiàn)出先減小后增大的變化趨勢，最佳塊石凈距為1.5倍的塊石粒徑。

隨著塊石距路基頂面垂直距離的增大，路基沉降呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢，且減小速率逐漸放緩，工程中塊石距路基頂面垂直距離宜不小于2.5m。

若采用雙層或多層大粒徑土石混填料填筑路基時，應(yīng)采用塊石上下錯位放置的方式，具體應(yīng)用到工程中時則需要進行進一步試驗確定。

參考文獻(xiàn)

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[5] 陳思遠(yuǎn)，武小菲，姜宏，等.陡坡地段土石混填路基壓實特性研究[J]. 路基工程，2022（4）：57-63.

[6] 黃先昌.土石混填路基沉降變形數(shù)據(jù)預(yù)測模擬研究[J].西部交通科技，2021（1）：93-97.