利用GEO5有限元模块计算路堤沉降

　　填料压实度不高或蠕变效应均会导致路堤本身填筑材料发生沉降，该部分沉降「地基固结沉降分析」模块不能进行计算，因该模块的计算原理是基于“太沙基一维固结理论”。那工程中需要计算这部分沉降该怎么办呢？这里给大家介绍一种方法，就是利用「岩土工程有限元分析」模块进行计算分析。源文件：  路堤沉降计算.rar 　

　　下面以一个简单的案例进行说明：

　　一、工程概况 

　　在一个不透水的黏土层上填筑路堤，路堤分两步进行填筑，分别计算两次填筑过程中路堤的最终沉降值。

　　二、工况阶段

　　本算例采用「岩土工程有限元分析」模块，分三个工况阶段。

　　工况阶段1：建立模型

　　工况阶段2：计算初始地应力

　　工况阶段3：第一次填方完成，计算沉降量

　　工况阶段4：第二次填方完成，计算沉降量。

　　三、计算流程

　　工况阶段1：

　　分析设置 ：在「分析设置」中选择「分析类型」为“应力应变分析”。

　图1 分析设置 

　　多段线 ：点击界面右侧的「多段线」按钮，按照工程实践建立多段线模型。

图2 建立模型多段线 

　　岩土材料：点击 「岩土材料」按钮，按照工程实际依次建立地基土及路基土的岩土材料参数。

图3 设置岩土参数  

　　指定材料：点击 「指定材料」按钮，将岩土材料指定给各个土层，其中填土材料为路堤，黏土材料指定给与填土接触的土层。

图4 指定岩土参数

 　　生成网格：点击「网格生成」按钮，在出现的界面里选择合适的网格边长，这里选择1.00m，勾选「网格平滑」，点击「启动网格生成」按钮，生成网格。必要的情况下， 可以对某些重点区域进行网格加密，例如路堤和地基的接触位置。

图5 生成初始模型网格

　　工况阶段2：

　　冻结路堤：初始条件下没有路堤，这里我们采用冻结的方式排除这一情况。

图6 冻结路堤

　　设置边界条件：通常情况下GEO5都会为我们自动设置好边界条件，这里我们采用默认的边界条件。

图7 限制模型边界条件 

　　添加地下水位：点击「地下水」按钮，按照实际工程在地基土中添加地下水位。

图8 添加地下水位线

 　　初始地应力分析：点击「分析」按钮，计算初始地应力。图中界面左上角的下拉菜单栏可根据实际需要参数进行选择。

图9 初始地应力分析下沉降为零 

　　工况阶段3：

　　激活路堤，进行第一步填方：再添加一个新的工况，选择「激活/冻结分区」按钮，对第一次填方进行激活。

图10激活路堤 

　　填方沉降分析 ：选择「分析」按钮，对第一次填方后的路堤沉降进行分析，其最大沉降量为34.6mm。

图11第一次填方沉降云图 

　　工况阶段4：

　　这一工况与工况阶段2操作相同，激活第二部填方然后分析，不在赘述。其最大沉降量为62.1mm。

图12第二次填方沉降云图

　　四、总结 

　　至此，有关于路堤沉降分析的计算得到了很好的解决。

这里需要注意的是，得到的沉降结果为最终沉降结果，并没有考虑时间效应，即地基固结的影响。

　　在本案例中，第一个填方完成以后得到的沉降实际上相当于第一个填方完成后，土体完全估计后的沉降。在实际施工过程中，我们可能不能等待土体完全固结在进行第二步填方，那么此时就需要考虑固结对地基沉降的影响。此时，可以依然通过「岩土工程有限元分析」模块进行计算，只要分析时选择分析类型为「固结分析」即可。

　　这里还需要强调的一点是，很多人想要考虑路堤本身沉降随时间的变化。实际上这一点无需考虑。首先，路堤中并没有地下水，不存在固结问题；其次路堤填料的渗透率通常很高，即使有水，固结也可以很快完成。而对于蠕变效应，通常蠕变变形并不会很大，其次，这部分在实际设计中也不会考虑。