交通荷载作用下道路侧向位移分析

龙伟民

（山西省公路局 长治分局，山西 长治 046000）

侧向位移作为道路工程的一项重要指标，与道路的沉降、稳定性有着密切的关系[1]。目前，国内外对道路地基侧向位移的分析较多。赵岩为弥补现有道路沉降预测模型中未考虑地基侧向位移的不足，提出了基于等体积法的沉降预测模型，并建立了计算方法[2]；张军基于两阶段分析方法对桩承式加筋路堤现有技术和新技术侧向变形特性进行了对比分析[3]；乔英娟建立了沥青路面的三维数值模型，分析了路基路面侧向位移对沥青路面抗车辙的影响[4]。

本文采用有限差分软件FLAC3D建立数值分析模型，对交通荷载作用下道路侧向位移进行系统分析。

1 数值建模

本文数值模拟现场试验道路如图1所示。道路铺面结构由上至下名称及通过室内土工试验获得的各层材料物理力学参数详见表1。采用FLAC3D建立的数值模型如图2所示。

图1 现场试验图示（单位：mm）

表1 道路结构各层材料物理力学参数

图2 数值模型

2 数值建模分析

图3a为地基中不同竖直断面处最大侧向位移分布曲线。地基中侧向位移沿水平方向呈先增大后减小的变化规律，并在加载板一侧达到最大值。图3b为不同竖直断面侧向位移沿深度分布曲线。整体上，侧向位移沿深度方向呈先增加后减小的变化规律。

图3 地基中侧向位移分布曲线

图4为地基不同深度处侧向位移沿水平位置分布曲线，其中-0.72 m为砂垫层顶部，-3.27 m为砂垫层底部，-6.02 m为淤泥质土顶部。在砂垫层顶部，加载范围左侧侧向位移向左，在加载边缘向左的位移最大并随着与加载范围边缘距离的增加而减小；加载范围内，侧向位移向左并沿x轴正向逐渐减小；加载范围右侧边缘，向左的侧向位移减小至0，x轴正向转变为向右的侧向位移；向右的侧向位移随着与加载范围右侧边缘距离的增加而增加，并在加载板块边缘处达到最大值后又逐渐减小。随深度的增加，向右侧向位移所占比例逐渐减小，最大向左侧向位移量逐渐增加并在淤泥质土层顶部达到最大值。

图4 地基不同深度处侧向位移沿水平位置分布曲线

3 参数分析

如图5所示，对BJ、BB2和BZ 3个不同荷位加载工况进行参数分析。

图6a为不同荷位加载工况下砂垫层顶部侧向位移分布曲线。在加载板及其左侧区域，S1工况侧向位移最大，S2工况次之，S3工况最小；在加载板右侧区域，S3工况侧向位移突然变大，并大于S1及S2工况。图6b为不同荷位加载工况下砂垫层底部侧向位移分布曲线。S2工况侧向位移量略大于S1工况，S1和S2工况侧向位移量均明显大于S3工况，最大向左侧向位移在加载板左侧约1.0 m处，最大向右位移量约在加载板边缘处。图6c和图6d分别为不同荷位工况下淤泥质黏土层底部及不同断面最大侧向位移分布曲线，其变化规律与砂垫层底部相似，且各工况最大侧向位移均发生在淤泥质黏土层顶部。

图5 不同荷位加载工况示意图

图6 地基中侧向位移分布曲线

图7a～ 图7d分别为 0.5 MPa、0.7 MPa、0.9 MPa、1.1 MPa和1.3 MPa轮压加载工况下砂垫层顶部、砂垫层底部、淤泥质黏土层顶部及各竖直断面处最大侧向位移分布曲线。同一位置处的侧向位移均随轮压的增加而增加，且在淤泥质黏土层顶部的增幅明显大于砂垫层顶部及底部。

图7 不同轮压工况下侧向位移变化曲线

图8为不同砂垫层厚度工况地基不同深度侧向位移沿水平位置分布曲线。图8a显示：各工况下砂垫层顶部侧向位移移量几乎不变。图8b显示：砂垫层底部侧向位移量随砂垫层厚度的增加而减小，最大侧向位移发生在加载板边缘；最大向右侧向位移量要大于加载板左侧的。图8c显示：淤泥质土顶部侧向位移量随着砂垫层厚度的增加而减小，1.6 m厚增加至2.0 m厚侧向位移该变量远小于其他厚度工况的该变量。图8d显示：最大侧向位移量发生在加载板右侧边缘，且相同位置处最大侧向位移量随砂垫层厚度的增加而减小。

图8 不同砂垫层厚度工况下侧向位移变化曲线

4 结论

本文采用FLAC3D建立三维数值分析模型，对交通荷载作用下道路地基中的侧向位移进行了深入分析，并对加载荷位、轮压和砂垫层厚度等设计指标进行了参数分析，主要得到以下结论：

a）侧向位移沿水平方向呈先增大后减小的变化规律，并在加载板一侧达到最大值，沿深度方向呈先增加后减小的变化规律。

b）板角加载工况为最不利荷位工况。整体上，地基中侧向位移随着轮压的增加而增大，随着砂垫层厚度的增加而减小。