基于ABAQUS在非饱和路基中高吸力土工布排水研究

张佩浩 胡天文

1 引言

土工布广泛应用于岩土工程和环境工程，土工布在工程中可以起到多方面的作用，排水作用是其工程使用功能之一。土工布不仅可以沿垂直其平面的方向排水，也可以沿其平面方向排水。在多雨地区以及季节性冻胀地区，道路或边坡工程常出现雨水入渗土基软化土体的情况，可引发众多道路病害，故需尽快将土中水份排出，从而提高土基模量，增加道面服役寿命。本文通过对高吸力土工布在路基中排水的模拟研究，得出高吸力土工布对路基的排水规律，对工程实践具有指导意义。

2 问题描述与模型简化

为了便于研究土工布对路基水分排出的能力，试验模型箱外表做防水处理，仅露出土工布进行排水，如图1所示。一段路基的横截面渗流状态不会沿路基长度的变化而有大的变化，因此在ABAQUS中将路基简化为二维形态，如图2所示。

图1 高吸力土工布排水试验箱

图2 二维状态的排水试验箱

3 建模过程和具体参数的确定

建立30cm×30cm的shell部件，通过分割功能创造中层空间赋予土工布其他层给予土壤。研究对象为渗流，限制所有节点的位移，因此力学参数并无影响。对于非饱和土，其渗透系数与饱和度有关，而饱和度则通常被表示成基质吸力的函数，因此获取非饱和土土水特征曲线至关重要[2]。通过FredlundSWCC仪获取土水特征曲线并与渗透系数一并赋予材料属性。采用Soils瞬态分析步，计算期为两个月。土工布露出端定义荷载surfaceporefluid，幅值曲线如图3。使用代表平面四节点的孔压单元CPE4P划分网格，提交任务。

4 计算结果分析

按照沿模型箱深度提取含水率和流线数据如图4～5，可以看出路基水分表层最先降低，水分向土工布汇集并经土工布排出模型箱外，前30d内排水稳定迅速，后期随着非饱和土的饱和度降低基质吸力增大，土工布排水速率降低。高吸力土工布在较大的非饱和程度范围内保持夺水能力。

图3 土工布露出端排水速度的幅值曲线

图4 模型箱在不同时刻不同深度处的含水率

图5 模型箱内流体速度分量及大小

[1]徐日庆，王景春.土工合成材料应用技术[M].北京：化学工业出版社，2005，4.

[2]费康，彭劼.ABAQUS岩土工程实例详解[M].北京：人民邮电出版社，2017，1.