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塑料排水板加固软基三维BIOT固结分析探讨体积力； D——应力应变关系矩阵；M=[110];a和V 为微分算子
由虚位移原理和饱和土的连续性可建立上 程的有限元方程组：
式中：48一节点位移增量； β一节点孔隙压力全量； R一节点荷载向量； R一一t时刻以前已发生的位移所对应的节点 荷载； [KK'1 一刚度矩阵，由单元刚度矩阵组合 Kk] 而成。 结合初始条件和边界条件，由式(3)可以求得结 点位移和孔压。
计算模型及其物理力学指标的选取
江苏某高速公路路堤宽度为26m，原地面自上 而下分为：1层：耕植土，层厚0.4~0.5m；2层：淤 泥质粉质粘土10.6～11.0m。软弱地基处理采用塑 料排水板，按正三角形布置，间距为1.5m。路基填
土高度为8.4m，平均填土速率为2.1cm/d。由于对 称，取半幅路堤进行计算。横向取80m，软弱地基厚 度竖向取至原地面以下11m，计算模型见图1,软弱 地基、路堤填料的计算参数分别见表1、表2。
图1 典型断面计算模型示意图
1 典型断面计算模型示
表1 软弱地基主要物理力学性质指标
路堤填料的物理力学性质指标
《江苏交通科技》2005年第3集
从图2可以看到，截至到路基填筑完成（2003 年7月），未加塑料排水板处理的地基施工沉降量为 23.0cm，而经过塑料排水板处理后地基沉降计算值 48.7cm左右（工后15年的总沉降量为72cm左 右），可见塑料排水板可以大大加速软土地基的固 结。同时，在塑料排水板处理软弱地基的情况下，数 值分析成果在规律上与实测数据基本一致。
图2地表沉降~时间变化曲线围
经过200d的预压期后（t≤600d），其中塑料排 水板处理后地基沉降量计算值接近62.1cm，而未 加塑料排水板处理的地基沉降量计算值才达到 32.3cm。可见，塑料排水板可减小原软弱地基约30 cm的残余沉降，大大提高软弱地基的固结速度以及 减小因填土引起的软弱地基工后沉降量。同时，可以 看出地基沉降大部分都能在预压期结束之前完成 由于填土引起的地基残余沉降量才10cm左右，符 合规范要求。 图3、图4为不同时间（60d、200d)不同深度的 计算沉降（塑料排水板处理后）沿右半幅地表宽度方 向的沉降分布曲线。图中表明，路堤区内的沉降曲线 比较平缓，沿路堤坡脚向外，沉降值为正，即发生地 面隆起，这是由于荷载集中在道路中部的缘故。同 时，总体上随着离地表深度的增加，沉降量减小。 图5为地表（z=0)沿右半幅宽度方向沉降分布 随填筑时间的变化图，从中可见，路基未完全稳定以 前，高速公路宽路堤软弱地基沉降量并不一定是路 基中心线处最大，而是呈现出两头下陷的沉降形 式。并且最大沉降量位置随着堆载厚度的增大逐渐 向路堤中心线方向移动（如t=60d、200d、475d、600 d以及工后15年最大沉降对应的水平方向的位置 分别距离路基中心线大约15m、12m、9m、6m、0
《江苏交通科技》2005年第3期
全3 台石丰幅地表宽度方向的沉降分
m）。所以，路基沉降完全稳定以后，沿路基横断面方 向最大的沉降点位置才在路基中心线上。
3.2孔压变化随时间变化规律
图6为经过塑料排水板处理后距地表中心深度 分别为8.5m以及2.5m处的孔压值随时间的变化 计算结果可知，随着路堤高度的增加，孔隙水压力值 不断升高，而当路堤停止填筑时级配砾石基层施工工艺，孔压值不断减小， 表明孔隙水不断排出，土体开始慢慢固结。图中还表
图6 不同深度处孔压计算值随时间的变化曲线图
明，距离地表越近，受加载速率的影响越大，孔压上 升或消散速度均加快。
(1)路基未完全稳定以前，高速公路宽路堤软弱 地基沉降量并不一定是路基中心线处最大，而是呈 现出两头下陷的马鞍式沉降形式。并且最大沉降量 位置随着堆载厚度的增大逐渐向路堤中心线方向移 动。路基沉降完全稳定以后，沿路基横断面方向最大 的沉降点位置才在路基中心线上。 (2）在塑料排水板处理软弱地基的情况下，数值 分析法得出的结果在规律上与实测曲线很相似，说 明采用的弹性模型Biot固结有限元模拟方法是可 靠的。 (3)为了提高路基的密实度及强度，加速软弱地 基和路基在施工期的固结，减少工后沉降，建议采取 碎石桩、塑料排水板、挤密砂桩、深层搅拌桩及碎石 垫层等对软土地基进行处理。