【摘要】："土拱結(jié)構(gòu)"作為樁承式路堤中的主要荷載傳遞媒介,對路堤荷載傳遞和路堤填料位移有顯著影響�；谑覂�(nèi)模型試驗,采用顆粒流軟件PFC~(2D)建立樁承式路堤離散元(DEM)數(shù)值分析模型,基于應(yīng)力主方向、接觸力鏈及路堤填料沉降分布規(guī)律對路堤中"土拱結(jié)構(gòu)"形態(tài)及其演化規(guī)律進行深入分析。研究結(jié)果表明:路堤中"土拱結(jié)構(gòu)"隨樁土相對位移的增加而逐漸發(fā)展并最終趨于穩(wěn)定,最終的"土拱結(jié)構(gòu)"形態(tài)呈0.8倍樁凈間距高的拋物線形;路堤填筑高度對"土拱結(jié)構(gòu)"形態(tài)、演化規(guī)律以及荷載傳遞效率有顯著影響;路堤填料粗糙度、樁凈間距及樁梁寬度對路堤荷載傳遞效率有顯著影響,但對"土拱結(jié)構(gòu)"最終形態(tài)幾乎無影響。
【圖文】：

[13]和日本設(shè)計手冊[14]則采用楔形體土拱模型[7]。大量研究結(jié)果表明，不同的“土拱結(jié)構(gòu)”理論或模型的計算結(jié)果差異較大。然而，土拱效應(yīng)作為樁承式路堤中的主要荷載傳遞機理，其計算結(jié)果的準確性將直接影響路堤設(shè)計的合理性。本文基于室內(nèi)模型試驗，采用顆粒流軟件PFC2D建立樁承式路堤離散元（DEM）數(shù)值分析模型，基于接觸力、應(yīng)力主方向及路堤填料沉降分布規(guī)律對“土拱結(jié)構(gòu)”形態(tài)及演化規(guī)律進行研究，并分析了路堤高度、樁凈間距等對“土拱結(jié)構(gòu)”的影響。1數(shù)值建模及參數(shù)選取1.1室內(nèi)模型試驗概述如圖1所示，二維模型試驗裝置由基座、有機玻璃板和可豎向移動的活動鋼板組構(gòu)成。有機玻璃板與基座構(gòu)成的砂箱尺寸為1200mm×300mm×800mm（長×寬×高）�；顒愉摪褰M由鋼條、活動鋼板、升降機和位移計組成，鋼條可通過螺栓固定在裝置基座上以模擬樁梁或固定在活動鋼板上通過升降機控制進行豎向移動以模擬樁土相對位移。試驗過程中，通過土壓力盒記錄土壓力變化，并通過數(shù)碼相機記錄各階段路堤填料照片，后期通過Matlab軟件處理獲取填料位移分布規(guī)律。路堤采用粒徑范圍為1.4～2.0mm的長江江砂分層填筑，每層厚度為25mm，密實度控制為85%，重度為16.88kN/m3。路堤最大填筑高度H=600mm，樁間距s=375mm，樁梁寬度a=75mm，樁凈間距s-a=300mm。圖1試驗裝置示意圖Fig.1Layoutoftestsetup1.2模型建立及參數(shù)選取基于模型試驗裝置的對稱性，建立如圖2所示的樁承式路堤DEM數(shù)值分析模型，底部的活動墻用來模擬樁土相對位移。路堤填料采用兩個Disk顆粒構(gòu)成的Clump單元模擬，如圖3所示，η為Clump單元中兩圓顆粒圓心間距離r與顆粒粒徑R之比，用于表征顆粒表面粗糙程度，本文將其定義為粗糙度。路堤采用壓實法進行分層

2052巖土工程學報2017年圖2樁承式路堤DEM模型Fig.2DEMmodelforpiledembankment圖3Clump單元示意圖Fig.3DiagramofClumpelement1.3DEM模型驗證圖4為DEM模型計算的路堤荷載傳遞效率與試驗數(shù)據(jù)對比。從圖中可看出，DEM與模型試驗結(jié)果變化規(guī)律基本一致，荷載傳遞效率均隨樁土相對位移Δs的增加而逐漸增大，并在Δs約為3mm時達到各自峰值，之后趨于穩(wěn)定。與此同時，DEM模擬的路堤荷載傳遞效率峰值（73.41%）與試驗數(shù)據(jù)（69.18%）基本相同，兩者差異僅約為4.23%。圖4路堤荷載傳遞效率DEM結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)對比Fig.4Comparisonofload-transferefficacybetweenDEMresultsandexperimentaldataDEM模型中，利用PFC2D中Fish語言獲取路堤填料最大豎向位移值Δs，將其劃分為16等分，并以不同的顏色標記，從而繪制出路堤填料沉降分布等值線圖。如圖5所示為樁土相對位移Δs=30.0mm時，DEM模擬的路堤填料沉降分布規(guī)律與試驗結(jié)果對比。從圖中可看出，DEM模擬的路堤填料沉降分布規(guī)律與模型試驗結(jié)果基本一致。綜上分析，DEM結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)較為吻合，能夠?qū)崿F(xiàn)對樁承式路堤的模擬。圖5路堤填料沉降分布DEM與試驗結(jié)果對比（Δs=30.0mm）Fig.5ComparisonofembankmentfillsettlementbetweenDEMresultsandexperimentaldata(Δs=30.0mm)2“土拱結(jié)構(gòu)”形態(tài)分析土拱效應(yīng)是樁承式路堤中因樁土相對位移引起的一種應(yīng)力重分布現(xiàn)象。DEM模型中，路堤荷載通過顆粒間的接觸力鏈傳遞，而顆粒相對滑動勢必會引起應(yīng)力主方向的偏轉(zhuǎn)，故可基于接觸力及應(yīng)力主方向分布規(guī)律對路堤中“土拱結(jié)構(gòu)”進行分析。隨著樁土相對位移Δs的增加，路堤荷載傳遞效率逐漸增大，同時“土拱結(jié)構(gòu)”也隨之發(fā)展。由圖4可知，，路堤荷載傳遞效率在Δs達到3mm后趨于穩(wěn)定，由此可推測?

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