[发明专利]基于FLAC3D模拟的路基沉降预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及路基沉降预测领域，具体涉及一种基于FLAC3D模拟的路基沉降预测方法。

背景技术

高速铁路是现代化建设的重要标志，高速铁路要实现运营的舒适性和安全性，对线路的高平顺性提出了严格的要求。而路基作为轨道结构的基础，要求其必须具有较高的强度和刚性，有较好的稳定性和耐久性等特点。因此，高速铁路路基的设计的理念也有所转变，过去设计主要是对强度进行控制，而现在则要求以变形来控制设计。因为在绝大多数情况下，在强度达到破坏前，可能早已出现了的超过容许值的较大变形。因此高速铁路路基施工过程中能够有效的预测路基工后沉降的就显得尤为重要。但由于受到填筑路基土质条件的复杂性和计算理论局限性，完全依靠理论计算很难得到准确的计算结果。工程上一般是利用前期实测数据来预测后期沉降。目前预测工后沉降的方法很多，常见的有三点法、星野法、双曲线法、指数曲线法等。但铁路路基沉降是一个复杂三维的过程，影响预测结果的因素非常多，给沉降预测带来了很大困难。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于FLAC3D模拟的路基沉降预测方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

基于FLAC3D模拟的路基沉降预测方法，包括如下步骤：

S1、由于几何模型具有对称性，可以采用1/2模型进行分析；首先建立空间坐标系，将地基表面与模型对称轴的交点作为坐标原点，水平向右为x方向，垂直于平面的方向为y方向，竖向向上为z方向；

S2、网格的建立按照分区域建模的思路进行，分别对每一个区域按照控制点利用brick 单元建立网格，并进行分组后赋值，为了使建立的网格尺寸的一致性，在y方向只设置一个单元，单元尺寸为3m；

S3、在路基施工开始前，首先将路基网格部分赋值为空(null)模型，将地基网格部分赋为莫尔-库伦(Mohr-Coulomb)模型，利用分阶段弹塑性理论方法进行求解；即先将Mohr模型的抗拉强度和黏聚力赋值为无穷大，然后将Mohr模型参数赋其真实值，最后进行求解；

S4、进行路基分级加载模拟

在进行路基分级加载模拟前应将初始应力计算过程中产生的节点位移和速度清零；将路基高度方向上分为5个单元，前四次每次激活0.3m高的单元，最后一次次再激活剩余单元，共分5次填筑完成加载过程。

本发明具有以下有益效果：

采用FLAC3D的“混合离散法”来模拟岩土体的塑性破坏和塑性流动。这显然比采用离散集成法的有限元理论更加准确和合理；FLAC3D采用动态方程来模拟分析系统，这种方法使得FLAC3D在模拟不稳定过程的时候在数值分析上不存任何障碍。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

选取表1中第12个观测断面为例，由表可知该点实测最终沉降量为502.714mm。该路基面宽度13.6m，坡度为1∶1.5，填筑高度为1.37m，共分五次进行填筑。路基计算宽度为80m，地基计算深度为50m。各层土物理力学性质指标如表2所示。

表4.1 检验样本数据表

续表4.1

表2 各层物理力学性质参数表

模型建立

S1、由于几何模型具有对称性，可以采用1/2模型进行分析；首先建立空间坐标系，将地基表面与模型对称轴的交点作为坐标原点，水平向右为x方向，垂直于平面的方向为y方向，竖向向上为z方向；

S2、网格的建立按照分区域建模的思路进行，分别对每一个区域按照控制点利用brick 单元建立网格，并进行分组后赋值，为了使建立的网格尺寸的一致性，在y方向只设置一个单元，单元尺寸为3m；

S3、在路基施工开始前，首先将路基网格部分赋值为空(null)模型，将地基网格部分赋为莫尔-库伦(Mohr-Coulomb)模型，利用分阶段弹塑性理论方法进行求解；即先将Mohr模型的抗拉强度和黏聚力赋值为无穷大，然后将Mohr模型参数赋其真实值，最后进行求解；

S4、进行路基分级加载模拟

在进行路基分级加载模拟前应将初始应力计算过程中产生的节点位移和速度清零；由于路基填高是1.37m，为模拟路基填筑施工过程，采用分级加载法激活路基单元。