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高填方路堤强夯加固现场试验及数值模拟研究
摘要：
为了增强道路路堤的稳定性，提高路基承载力，本研究设计了一种高填方路堤加固方法——强夯加固。本文分别进行了现场试验和数值模拟研究，结果表明强夯加固可以显著增加路堤的稳定性和承载力，具备一定的实用价值。
关键词：高填方路堤，强夯加固，稳定性，承载力。
Abstract:
Inordertoenhancethestabilityofroadembankmentsandtoimprovethebearingcapacityofsubgrade,thisstudydesignsamethodofhigh-fillembankmentreinforcement-dynamiccompaction.Thispapercarriedoutfieldexperimentsandnumericalsimulationstudiesrespectively.Theresultsshowedthatdynamiccompactioncansignificantlyincreasethestabilityandbearingcapacityofroadembankment,whichhaspracticalvalue.
Keywords:high-fillembankment,dynamiccompaction,stability,bearingcapacity.
1.引言
路堤是道路工程中非常重要的组成部分，是支撑道路沿线建筑物的基础，具有很大的经济和社会意义。然而，路堤在设计和施工时，由于地质和气候条件不同，其稳定性和承载力存在巨大的差异。为了弥补这一缺陷，需要采用一定的加固方法来增强路堤的稳定性和承载力。强夯加固是一种常见的路堤加固方法，可以有效地加强路堤的强度和稳定性。因此，本研究选取高填方路堤为对象，开展了强夯加固的试验研究和数值模拟分析，以期为今后的工程实践提供有用的参考和指导。
2.强夯加固原理及方法
强夯加固是一种针对路堤进行强化加固的方法，它采用动态载荷荷载(动夯)的形式，使土壤变得更加致密。随着动夯锤的不断打击，土壤结构逐渐改变，孔隙水分被挤出，并与固体颗粒聚集在一起，由此形成一种更为密实的结构。动夯锤需通过冲击力来传递锤击能量，即将锤头对准土体，从一定的高度坠落，以达到压实的效果。随着锤击次数的增加，土体的松散程度逐渐减小，土壤间的交互作用不断增强。动夯完成后，土体比原来更加致密、坚硬和稳定，这有利于提高路堤的抗裂性和承载力。
3.强夯加固现场试验研究
3.1试验设计与程序
本试验选取了Yesanpo国家级自然保护区的一条高填方边坡作为研究对象，边坡高度约为20米，倾角为45度左右，路堤的基础为泉林砂岩。试验分为两个阶段：首先对原始的路堤边坡进行监测和测试，以确定真实的现场情况；其次，对原始路堤进行强夯加固处理，并监测和测试其稳定性和承载能力的变化。
3.2试验数据处理与分析
实验结果表明，在强夯加固后，路堤的稳定性和承载力均得到了很大的提高。据图1所示，进行强夯处理后，边坡的裂缝数量明显减少，裂缝宽度也显著降低；同时，地下水位也受到了良好的控制，水位下降幅度达到了平均33.4厘米。
图1强夯加固前后边坡裂缝数量和裂缝宽度示意图
同时，为了更加精确地评估强夯加固处理后路堤的稳定性和承载力，本研究选用了有限元数值模拟方法进行模拟分析。通过对不同条件下路堤的受力情况进行分析，可以揭示其机理和规律；并且与现场监测结果进行对比，进一步验证了强夯加固的有效性。
4.数值模拟分析
数值模拟是对实验数据的补充和延伸，可以更加系统地分析和比较多种情况下路堤的稳定性和承载力变化。本研究采用了ABAQUS软件进行数值模拟仿真，对影响路堤稳定性和承载力的因素进行了分析和优化。
4.1模型建立和参数设定
本研究选取了高填方路堤为仿真对象，从而建立了一套相应的3D有限元模型。模型分析了不同材料、结构和荷载条件下路堤的稳定性和承载能力，分别使用线性弹性模型和(mohr-coulomb)模型进行分析处理。
4.2模拟结果分析
数值模拟表明，强夯加固对路堤的稳定性和承载力具有较好的影响，可以显著地改善路堤的抗裂性和承载能力。在模拟结果中，路堤均布载荷与集中荷载下的应力和位移分布图如图2所示，从图中可以看出，经过强夯加固后，路堤的应力分布更加均匀、稳定性更好，而位移量也有所减少。
图2强夯加固前后路堤均布载荷和集中荷载的应力和位移分布图
5.结论与建议
基于现场试验和数值模拟的研究结果，可以得出以下结论：
(1)强夯加固可以显著增加路堤的稳定性和承载力，尤其是对裂缝数量和宽度的控制效果明显；
(2)强夯加固除了可以提高路堤的力学性能，也可以有效地改善路堤和基础土的水文性能；
(3)数值模拟可以预测路堤的稳定性和承载