3　模型的建立和参数选取

3.1　基本假设

为了使有限元模型数值分析既符合客观条件又便于研究分析，本文引入如下基本假设[6]：①采用移动简谐荷载来模拟交通荷载，交通荷载作用下道路路面结构材料均匀、连续、各向同性，是线弹性的，路基土体受荷后发生的变形属于弹塑性小变形。②假设道路路基路面等结构层之间是连续变形的，各层不发生相对滑移，也不产生相对分离。③假设在移动荷载作用过程中，道路路基路面的弹塑性参数不变。④采用瞬态动力学角度-动态分析方法。

3.2　模型设计与参数

3.2.1　分析模型

道路结构见表1。道路结构在横向上是对称的，本文选取半幅道路作为研究对象，路基顶面宽度为8.5m，边坡坡率为1∶3，地基计算深度取5m，计算宽度至坡脚处为5m。在道路路线纵向（Y方向上）各结构层均取36m（6个波长，每个波长6m）。模型断面具体尺寸参数如图1和图2所示。

表1　道路结构竖直方向厚度

为了尽量消除边界长、宽、高与约束条件对传播中的应力波限制，减小边界尺寸对数值计算结果的影响，本模型中，移动荷载起始位置设置在距边界一定距离处，起终点荷载带范围是Y方向15～21m。图2是低路堤三维动力分析有限元模型示意图。

3.2.2　荷载参数

本文假设轮胎与路面接触面上压力呈均匀分布，采用路面设计标准轴载（满载）BZZ-100，取后轴进行模拟计算，后轴内轮距为1.6m，荷载胎压为0.7MPa，荷载形式采用移动简谐荷载。后轴双轮接地面积计算采用当量单圆和双圆计算，其当量圆直径分别用d、D表示，可以按下式确定[7]。

图1　低路堤模型断面图（单位：cm）

图2　低路堤三维动力分析有限元模型示意图

本文所建的道路模型采用了正六面实体单元，需要将轮胎与路面的接触面等效转化为矩形。因此，可以将单圆荷载接触面简化为矩形面：

标准轴载作用为0.24m，则等效矩形面宽度取0.3m。同理，可以计算超载（20%、40%）下后轴轮胎的接地面积，见表2。

表2　不同荷载下车辆轮胎接地面积

3.2.3　材料参数

模型中的路面材料参数取自文献[8]～文献[10]，根据现场探坑与室内试验结果，确定地基与风积沙路基主要参数，详细见表3。

表3　各层材料参数表

续表