MIDAS软件在计算公路路基沉降中的应用

总535期

2020年第13期（5月 上）

MIDAS软件在计算公路路基沉降中的应用

王得泰，延刚

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300450）

摘要：

首先分析了公路路基沉降的危害，随后以某公路填方路堤工程为依托，运用有限元分析软件Midas/GTS建立计算模型

对其沉降变形规律展开了分析，最后提出了降低公路沉降的处治措施，包括常见公路路基沉降控制技术、土工格栅对路基沉

降的控制，供同类工程参考。

关键词：

公路路基；沉降变形；Midas/GTS；沉降处治

中图分类号：文献标识码：

U416.2 B

0 引言

随着我国基础交通建设的持续推进，公路工程建设步

伐也日益加快。如果公路路基处理不当，可能引起公路沉

降变形破坏，影响行车的舒适度和安全性，严重时可能造

成交通事故甚至人员伤亡。2011

年9月，天定高速通安段

因路基不均匀沉降使路面出现多条裂缝，严重影响道路使

用寿命

[1]

；2015年1月，贵州遵赤高速某路段因路基沉降段填方路基

过大，导致边坡失稳滑塌，造成4人死亡为研究对象。该公路采用高速公路建设标准，整体式路

。与此同时，

公路路基沉降控制方面的计算理论仍不完善。目前国内外

学者对路基沉降变形的研究往往偏重理论方面，有限元软

件在计算公路路基沉降中的应用成果较少。因此，研究路

基沉降的变化规律和控制措施对于提高公路工程的建设水

平，建立路基沉降长期预测理论具有十分重要的意义。

[2]

降是一个缓慢变化的过程，不可能在一瞬间完成，可能需要

几个月或者几年；在诸多复杂因素的综合干扰下，公路路基

的沉降变形现象会愈发严重。

2 基于Midas/GTS的公路路基沉降变形分析

2.1 工程概况

本文以某高速公路K92+700—K93+905

基宽度为26m，分离式路基宽度为13m，路线总体长度为

15.14km，车辆运行速度为120km/h，设计荷载为公路-I

级。该路段路基范围内无不良地质病害，高填方路基下方

的地基土以软土、淤泥质土为主，含水量高、承载力较

低、呈塑性流动状态，需要进行浅层换填处理。路基填

料为土石（红泥岩和粉质黏土）混填，选择强夯法对垫

层进行处理，最大填土高度为13m，坡度为1∶1.5

，地基

计算宽度取300m，计算深度取50m。地基由上下两层不

同性质的岩土体组成，上部是8m厚的黏土，下层是42m

厚的基岩。各土层的物理力学计算参数如下：路基填料

的密度1387kg/m

3

、泊松比0.3、弹性模量24MPa、黏聚力

38kPa、内摩擦角

22°；黏土的密度1875kg/m

3

、泊松比

0.33、弹性模量

21MPa、黏聚力30kPa、内摩擦角26°；基

岩的密度2200kg/m

3

、泊松比0.35、弹性模量30MPa、黏聚

力45kPa

、内摩擦角55°。路基沉降变形属于平面应变问

题的范畴，软件计算采用了莫尔-库仑本构关系，路基填

筑过程采用分级加载的方式，模型底部边界x、y、z方向

的速度和位移进行完全约束。将路基模型按照土体性质差

异性划分为三个区域，每个区域均采用brick单元，共划分

4238个单元格和

5674个节点。由于路基单元对沉降变形的

影响程度比较大，对建立的模型采用了局部加密的方法，

把局部网格划分得较密，而原地基单元的位移较小，所以

网格的划分较稀

[3]

。公路路基的Midas/GTS计算模型如图1

所示。

1 公路路基沉降的危害

路基沉降对道路产生的影响主要表现在填土裂缝和路

面病害两个方面。在填料自重以及其他因素的影响下，路

基会在其水平和竖直方向上产生一定程度的变形，同时路

堤各部位的变形也会有所差异，导致路基出现不均匀的沉

降，从而出现裂缝、沉陷隆起、车辙等病害。

在设计公路路基时，如果对路基处理不够妥当，很容易

导致路基破坏，进而降低行车效率，严重时则会引发交通事

故，不仅会给国家带来经济损失，还会严重影响行车人员的

生命安全。高填方路基相对于普通路基更容易产生不均匀沉

降的现象，因此在设计施工过程中难度更大，面临的技术问

题更多，尤其是在山区斜坡沟壑地带，这种问题更加严重。

根据相关资料显示，影响沉降的因素众多，其主要的原因如

下：填土体的压实度不能满足相关规范要求，即填土体会

因自身的重量而继续下沉；地基处理不足，所选取的方案不

够合理或者没有考虑现场的实际情况；在地下水丰富的条件

下，水的存在会对土体的物理力学参数产生较大的影响；填

土材料选择不够恰当；路基的坡度设置不合理；填方路基沉

收稿日期：2020-01-06

作者简介：王得泰（1991—），男，天津宁河人，工程师，主要从事港航与路桥施工工作。

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