2　模型的建立和參數(shù)選取

2.1　基本假設(shè)

為了使有限元模型數(shù)值分析既符合客觀條件又便于研究分析，本文引入如下基本假設(shè)[6]：

（1）采用移動(dòng)簡(jiǎn)諧荷載來模擬交通荷載，建立路堤三維實(shí)體模型對(duì)風(fēng)積沙換填地基與風(fēng)積沙低路堤進(jìn)行動(dòng)力分析。

（2）假設(shè)交通荷載作用下道路路面結(jié)構(gòu)材料均勻、連續(xù)、各向同性，是線彈性的，路基土體受荷后發(fā)生的變形屬于彈塑性小變形。

（3）假設(shè)道路路基、路面等結(jié)構(gòu)層之間是連續(xù)變形的，各層不發(fā)生相對(duì)滑移，也不產(chǎn)生相對(duì)分離。

（4）假設(shè)在移動(dòng)荷載作用過程中，道路路基路面的彈塑性參數(shù)不變。

2.2　分析方法

本文數(shù)值計(jì)算以沙漠地區(qū)穿沙公路風(fēng)積沙低路基為研究對(duì)象，考慮車輛行駛中荷載作用時(shí)間非常短，激發(fā)了道路結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)，在分析中考慮結(jié)構(gòu)動(dòng)力慣性的關(guān)系，從瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)角度，使用動(dòng)態(tài)分析方法[7]。鑒于道路結(jié)構(gòu)路面材料剛度比較大，因此，在數(shù)值計(jì)算時(shí)，上部路面結(jié)構(gòu)采用線彈性本構(gòu)關(guān)系，彈性部分根據(jù)彈性模型定義參數(shù)，路基及以下部分均采用彈塑性本構(gòu)關(guān)系，塑性部分采用庫(kù)侖-摩爾塑性模型定義與計(jì)算。

2.3　荷載參數(shù)和接地面積

2.3.1　荷載參數(shù)

本文假設(shè)輪胎與路面接觸面上壓力呈均勻分布，暫不考慮水平荷載的影響。采用路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100，根據(jù)已有的相關(guān)研究成果，一般貨車的后軸軸載大約是前軸軸載的2倍[8]，且前后軸距較大。所以，本文主要取后軸進(jìn)行模擬計(jì)算，后軸內(nèi)輪距為1.6m，根據(jù)接觸面當(dāng)量圓進(jìn)行荷載換算后，荷載胎壓為0.7MPa，荷載形式采用移動(dòng)簡(jiǎn)諧荷載。

2.3.2　確定接地面積

對(duì)于雙輪組車軸載，如果每一側(cè)的雙輪接地面積用一個(gè)當(dāng)量圓來表示，則可稱為單圓荷載，如果用兩個(gè)當(dāng)量圓表示，便是雙圓荷載。其當(dāng)量圓直徑分別用d、D表示，可以按下列公式確定：

根據(jù)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)軸載的規(guī)定，輪載P=100/4kN，p=0.7MPa，所以，根據(jù)式（1）與式（2）可以分別計(jì)算出相應(yīng)的當(dāng)量圓直徑：

本文所建的道路模型采用了正六面實(shí)體單元，需要將輪胎與路面的接觸面等效轉(zhuǎn)化為矩形。因此，可以將單圓荷載接觸面簡(jiǎn)化為矩形面：

設(shè)荷載長(zhǎng)度為0.24m，則等效矩形面寬度取0.3m。

同理，可以計(jì)算超載（20%、40%）下后軸輪胎的接地面積，見表1。

2.4　模型的建立及邊界條件

2.4.1　分析模型

道路結(jié)構(gòu)豎直方向上（Z方向）分3層：路面、路基和天然地基（含換填區(qū)），其中路面結(jié)構(gòu)為0.24m，路基高度取為1.9m，地基厚度取5m，道路結(jié)構(gòu)豎直方向厚度見表2。

道路結(jié)構(gòu)在橫向上是對(duì)稱的，本文選取半幅道路作為研究對(duì)象，道路路基頂面橫向?qū)挾葹?.5m，路基邊坡坡度為1∶3，地基計(jì)算深度取5m，計(jì)算寬度至坡腳處為5m。在道路路線縱向（Y方向上）各結(jié)構(gòu)層均取36m（6個(gè)波長(zhǎng)，每個(gè)波長(zhǎng)6m）。模型斷面具體尺寸參數(shù)如圖1和圖2所示。

為了盡量消除邊界長(zhǎng)寬高與約束條件對(duì)傳播中的應(yīng)力波限制，減小邊界尺寸對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果的影響，本模型中，移動(dòng)荷載起始位置設(shè)置在距邊界一定距離處，起終點(diǎn)荷載帶范圍是Y方向15～21m。圖2是低路堤三維動(dòng)力分析有限元模型示意圖。

2.4.2　模型材料參數(shù)

模型中的路面材料參數(shù)取自文獻(xiàn)[9、10]，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)探坑與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，確定地基與風(fēng)積沙路基主要參數(shù)，詳細(xì)見表3。