道路工程有限元實(shí)例

1、道路工程有限元有限元實(shí)例01 邊坡穩(wěn)定性分析邊坡穩(wěn)定性分析2對該邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算分析，判斷其穩(wěn)定性、計(jì)算安全系數(shù)。邊坡的尺寸如圖所示。該邊坡圍巖的材料性質(zhì)見下表。邊坡圍巖1彈塑性材料邊坡圍巖2彈性材料類別彈性模量（GPA）泊松比 容重（kN/m3）內(nèi)聚力(MPa)摩擦角（）圍巖1300.2525000.942圍巖2310.2427001.1 1.1 邊坡基本參數(shù)邊坡基本參數(shù)341-21-11-11-21.1 1.1 邊坡基本參數(shù)邊坡基本參數(shù)5F11.21.41.61.82Cohesion9.00E+057.50E+056.43E+055.63E+055.00E+054.50E+05FricA

2、ngle42.00 35.00 30.00 26.25 23.33 21.00 F2.22.22.42.42.62.62.82.83 3Cohesion4.09E+053.75E+053.46E+053.21E+053.00E+05FricAngle19.09 17.50 16.15 15.00 14.00 不同折減系數(shù)對應(yīng)的內(nèi)聚力及內(nèi)摩阻角：1.1 1.1 邊坡基本參數(shù)邊坡基本參數(shù)1.2 1.2 網(wǎng)格劃分及邊界條件網(wǎng)格劃分及邊界條件61.2 1.2 結(jié)果及分析結(jié)果及分析7F=1.0 變形圖及X方向上位移云圖1.2 1.2 結(jié)果及分析結(jié)果及分析8F=3.0 求解不收斂過程圖02 路面結(jié)構(gòu)疲勞分

3、析路面結(jié)構(gòu)疲勞分析92.12.1 路面結(jié)構(gòu)基本參數(shù)路面結(jié)構(gòu)基本參數(shù)10序號結(jié)構(gòu)層材料類型厚度/cm彈性模量/MPa泊松比1上面層細(xì)粒式瀝青混凝土H1=4E1=12000.352中/下面層高模量瀝青混凝土H2=14E2=18000.353基層水泥穩(wěn)定碎石H3=36E3=15000.24底基層低劑量水泥穩(wěn)定碎石H4=16E4=9000.25土基E0=600.452.2 基本假設(shè) 對進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)的有限元計(jì)算時(shí)，對邊界、荷載等作了適當(dāng)簡化； 假設(shè)各層都由均質(zhì)、彈性、各向同性材料組成，各層之間的接觸面為層間完全連續(xù)，其上位移完全連續(xù)； 路面結(jié)構(gòu)不存在裂縫。11122.3 2.3 行車荷載行車荷載計(jì)算行車

4、荷載采用標(biāo)準(zhǔn)雙輪軸載100 kN，胎壓為0.707MPa。為方便計(jì)算，將輪胎接觸面簡化為矩形。132.4 2.4 建模及計(jì)算建模及計(jì)算本文路面結(jié)構(gòu)在水平方向和深度方向取其有限尺寸( 10 m 10 m) ，應(yīng)用三維實(shí)體單元進(jìn)行離散處理行車荷載位于有限尺寸結(jié)構(gòu)中心142.4 2.4 建模及計(jì)算建模及計(jì)算探討高模量結(jié)構(gòu)層模量與路面結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力之間的關(guān)系模量為1200MPa時(shí)，最大拉應(yīng)力分布云圖以及沿深度最大拉應(yīng)力分布最大拉應(yīng)力分布云圖沿深度最大拉應(yīng)力分布圖152.4 2.4 建模及計(jì)算建模及計(jì)算探討高模量結(jié)構(gòu)層模量與路面結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力之間的關(guān)系模量為1400MPa時(shí)，最大拉應(yīng)力分布云圖以及沿深度最大拉應(yīng)

5、力分布最大拉應(yīng)力分布云圖沿深度最大拉應(yīng)力分布圖162.4 2.4 建模及計(jì)算建模及計(jì)算探討高模量結(jié)構(gòu)層模量與路面結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力之間的關(guān)系模量為1600MPa及1800MPa時(shí)，沿深度最大拉應(yīng)力分布圖1600MPa時(shí)沿深度最大拉應(yīng)力分布圖1800MPa時(shí)沿深度最大拉應(yīng)力分布圖172.4 2.4 建模及計(jì)算建模及計(jì)算探討高模量結(jié)構(gòu)層模量與路面結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力之間的關(guān)系模量為2000MPa及2200MPa時(shí)，沿深度最大拉應(yīng)力分布圖2000MPa時(shí)沿深度最大拉應(yīng)力分布圖2200MPa時(shí)沿深度最大拉應(yīng)力分布圖182.4 2.4 建模及計(jì)算建模及計(jì)算探討高模量結(jié)構(gòu)層模量與路面結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力之間的關(guān)系模量為2400MPa

6、時(shí)，最大拉應(yīng)力分布云圖以及沿深度最大拉應(yīng)力分布最大拉應(yīng)力分布云圖沿深度最大拉應(yīng)力分布圖192.5 2.5 分析及結(jié)論分析及結(jié)論不同模量層的沿深度的最大拉應(yīng)力分布情況u路面結(jié)構(gòu)基層底部取得最大拉應(yīng)力u隨著模量的增加，層底拉應(yīng)力逐 漸 減 小 ， 模 量 每 增 加200MPa，最大層底拉應(yīng)力減少200Pau隨著模量的增加，面層底部應(yīng)力由受壓向受拉過渡0.00.20.40.60.81.01.2-250000-200000-150000-100000-50000050000Tensile StressDepth 1200MPa 1400MPa 1600MPa 1800MPa 2000MPa 2200

7、MPa 2400MPa202.5 2.5 分析及結(jié)論分析及結(jié)論高模量層結(jié)構(gòu)模量與路面結(jié)構(gòu)疲勞壽命的關(guān)系疲勞壽命采用由同濟(jì)大學(xué)在瀝青混合料動(dòng)態(tài)性能參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)總報(bào)告中提出的疲勞方程進(jìn)行計(jì)算。現(xiàn)行的瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范給出了不同基層、墊層材料對應(yīng)的基層疲勞壽命方程。該設(shè)計(jì)基層材料均選用穩(wěn)定土類，對應(yīng)的疲勞壽命可由層底面彎拉應(yīng)力計(jì)算得到：4.174.17402.50.000628ffcrNN為標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)fN為層底拉應(yīng)力cr為層底彎拉應(yīng)力212.5 2.5 分析及結(jié)論分析及結(jié)論高模量層結(jié)構(gòu)模量與路面結(jié)構(gòu)疲勞壽命的關(guān)系模量(MPa)1200140016001800200022002400拉應(yīng)力（Pa） -

8、33389-25420-17798-10454-3341.53570.910306疲勞壽命(次)模量(MPa)1200140016001800200022002400拉應(yīng)力（Pa）48420480944781947581473704718047006疲勞壽命(次)1.225e81.260e81.291e81.318e81.343e81.365e81.386e8H=0.18m（面層層底）H=0.54m（基層層底）222.5 2.5 分析及結(jié)論分析及結(jié)論高模量層結(jié)構(gòu)模量與路面結(jié)構(gòu)疲勞壽命的關(guān)系1200140016001800200022002400 MPa1.2x1081.2x1081.3x1081.3x1081