2024年4月3日发(作者：禾妍)
龙源期刊网
运用ＡＢＡＱＵＳ计算路堤填筑过程中软土
地基的固结沉降
作者：杨艳广
来源：《现代企业文化·理论版》2009年第03期
摘要：文章运用大型通用有限元计算分析软件ABAQUS对软土路基填筑过程中地基的固
结沉降进行数值模拟，分析在路基填筑过程中，软土地基的位移和孔压的变化规律，为在软土
地区修筑路基的处治设计和施工给予相应的参考。
关键词：ABAQUS；路堤；填筑；软土地基；固结沉降
中图分类号：U416.1 文献标识码：A
文章编号：1674-1145（2009）05-0189-02
近年来，我国高速公路建设飞速发展，高速公路的修建不可避免地经过软土地区，准确预
测软土路基工后沉降并采取相应整治措施将工后沉降控制到合理的范围是关系到公路建设成败
的关键技术之一。
以往工后沉降的预测多采用以一维变形假定为基础的分层总和法和e～lgp曲线法，虽然
较简便，但准确度不够。近年来，随着计算机技术的发展,有限元方法在土力学的计算中逐渐
得到了推广。它通过将连续体离散为有限个单元，并对这些单元的相关参数进行分片插值，可
以获得连续体内各点的应力、位移和应变，从而可对整个土体的稳定性、变形进行评价。有限
元法的明显优点是不仅可以提供受荷土体的应力场与位移场，而且能在计算中考虑土体的非均
质和非线性、土性随时间的变化、施工程序及荷载的变化等，因而计算成果可以更真实地反映
和模拟从施工开始到运营期土体形态变化的全过程。
本文运用大型通用有限元计算分析软件ABAQUS对软土路基填筑过程中地基的固结沉降
进行数值模拟，分析在路基填筑过程中，软土地基的位移和孔压的变化规律，为在软土地区修
筑路基的处治设计和施工给予相应的参考。
一、ABAQUS软件及soil分析模块简介
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ABAQUS是国际上最先进的大型通用有限元计算分析软件之一，具有惊人的广泛的模拟
性能。ABAQUS的特长是计算各种不同材料、复杂荷载过程以及变化接触条件的非线性组合
问题，而岩土介质恰恰是具有非均质、非线性性状以及几何形状的任意性、不连续性等因素的
特殊介质，这就使ABAQUS成为国内外岩土工程界使用的最普遍的有限元分析和计算软件之
一。
soil分析模块是ABAQUS有限元软件用于解决岩土材料数值计算的模块，可以解决岩土
固结、渗流以及渗流加力学的耦合分析等。
二、实例计算
（一）模型计算区域
有限元计算区域见图1，沿路基中心线取1/2模型作为计算的区域。地基模型范围宽56.5
米，高40米；采用4节点孔压单元，共有节点945个，单元880个，单元最大尺寸2m，最小
尺寸0.6875m。1/2路堤模型顶宽12米，路堤高3米，边坡坡率1：1.5；采用4节点单元，共
有节点288个，单元144个，单元最大尺寸0.6785m，最小尺寸0.5m；路堤至下而上每0.5米
作为一个填筑层，每层之间建立接触连接，并利用单元生死功能自下而上激活路堤单元来模拟
路基的填筑过程。
（二）材料
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路堤和地基材料采用莫尔—库伦材料本构模型，材料参数如下：
第一层地基材料：
淤泥质砂黏土：ρ=1937 kg·m
3
，E
i
=6.0MPa，μ
i
=0.4,C
u
=15kPa,Φ
u
=23°，k=6.54×10
-8
m/s。
第二层地基材料：
松软砂黏土：ρ=1939 kg·m
3
，E
i
＝8MPa,μ
i
＝0.35,C
u
=23.0,Φ
u
=25.0°，k=3.18×10
-8
。
路堤填土：
路堤填土：ρ=2041 kg·m
3
，E
i
＝20,μ
i
＝0.3,C
u
=147.0,Φ
u
=33.0，不考虑渗流特性。
（三）边界条件
对于固结分析来说边界条件主要有两类，除需要施加基本的位移边界外，还应施加渗流边
界。
模型所施加的边界条件情况见表1：
（四）模拟工况
路堤填筑按每50厘米至下而上分层填筑，每层填筑工期为7天。分层填筑加载示意图见
图2：
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（五）数值分析结果
通过分析可以得到不同路堤填筑时刻软土地基的位移和孔压的分布情况。图3、图4为路
堤填筑完成时刻软土地基的位移和孔压的分布情况。
的竖向位移分布图
从图中可以看出，路堤填筑完成时刻软土地基的位移的变化规律是，路基中心位移沉降最
大，随着距路基中心距离增大位移沉降逐渐减小。
在路堤填筑完成时刻，地基下部的超静孔压已经消散完毕，地基上部超静孔压还没有完全
消散。
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图5为路基中心处地基表面沉降随路基填筑变化图，从图中可以看出，随着路基的填筑，
地基的沉降逐渐增大，初期沉降速率较大，至第5、6层路基填筑时，地基沉降速率逐渐降
低，其后逐渐趋于稳定。
三、结语
通过以上的分析，采用有限元法计算软土地基的固结沉降，可以得到不同路堤填筑时刻软
土地基的位移和孔压的分布情况，为预测软土地基工后沉降和指导路基填筑过程提供了较为接
近工程实际的参考数据。
参考文献
[1]颜志雄，岳祖润．秦沈客运专线某试验段软土地基固结有限元分析[J]．国防交通工程
与技术，2004，(1)．
[2]Hibbitt，Karlsson & Sorensen Inc. ABAQUS Analysis User's Manual. 2004．
[3]Hibbitt，Karlsson & Sorensen Inc. ABAQUS Keywords Reference Manual.2004．
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作者简介：杨艳广（1977- ），男，河北唐山人，中铁建工集团有限公司拉萨分司工程
师。
2024年4月3日发(作者：禾妍)
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运用ＡＢＡＱＵＳ计算路堤填筑过程中软土
地基的固结沉降
作者：杨艳广
来源：《现代企业文化·理论版》2009年第03期
摘要：文章运用大型通用有限元计算分析软件ABAQUS对软土路基填筑过程中地基的固
结沉降进行数值模拟，分析在路基填筑过程中，软土地基的位移和孔压的变化规律，为在软土
地区修筑路基的处治设计和施工给予相应的参考。
关键词：ABAQUS；路堤；填筑；软土地基；固结沉降
中图分类号：U416.1 文献标识码：A
文章编号：1674-1145（2009）05-0189-02
近年来，我国高速公路建设飞速发展，高速公路的修建不可避免地经过软土地区，准确预
测软土路基工后沉降并采取相应整治措施将工后沉降控制到合理的范围是关系到公路建设成败
的关键技术之一。
以往工后沉降的预测多采用以一维变形假定为基础的分层总和法和e～lgp曲线法，虽然
较简便，但准确度不够。近年来，随着计算机技术的发展,有限元方法在土力学的计算中逐渐
得到了推广。它通过将连续体离散为有限个单元，并对这些单元的相关参数进行分片插值，可
以获得连续体内各点的应力、位移和应变，从而可对整个土体的稳定性、变形进行评价。有限
元法的明显优点是不仅可以提供受荷土体的应力场与位移场，而且能在计算中考虑土体的非均
质和非线性、土性随时间的变化、施工程序及荷载的变化等，因而计算成果可以更真实地反映
和模拟从施工开始到运营期土体形态变化的全过程。
本文运用大型通用有限元计算分析软件ABAQUS对软土路基填筑过程中地基的固结沉降
进行数值模拟，分析在路基填筑过程中，软土地基的位移和孔压的变化规律，为在软土地区修
筑路基的处治设计和施工给予相应的参考。
一、ABAQUS软件及soil分析模块简介
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ABAQUS是国际上最先进的大型通用有限元计算分析软件之一，具有惊人的广泛的模拟
性能。ABAQUS的特长是计算各种不同材料、复杂荷载过程以及变化接触条件的非线性组合
问题，而岩土介质恰恰是具有非均质、非线性性状以及几何形状的任意性、不连续性等因素的
特殊介质，这就使ABAQUS成为国内外岩土工程界使用的最普遍的有限元分析和计算软件之
一。
soil分析模块是ABAQUS有限元软件用于解决岩土材料数值计算的模块，可以解决岩土
固结、渗流以及渗流加力学的耦合分析等。
二、实例计算
（一）模型计算区域
有限元计算区域见图1，沿路基中心线取1/2模型作为计算的区域。地基模型范围宽56.5
米，高40米；采用4节点孔压单元，共有节点945个，单元880个，单元最大尺寸2m，最小
尺寸0.6875m。1/2路堤模型顶宽12米，路堤高3米，边坡坡率1：1.5；采用4节点单元，共
有节点288个，单元144个，单元最大尺寸0.6785m，最小尺寸0.5m；路堤至下而上每0.5米
作为一个填筑层，每层之间建立接触连接，并利用单元生死功能自下而上激活路堤单元来模拟
路基的填筑过程。
（二）材料
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路堤和地基材料采用莫尔—库伦材料本构模型，材料参数如下：
第一层地基材料：
淤泥质砂黏土：ρ=1937 kg·m
3
，E
i
=6.0MPa，μ
i
=0.4,C
u
=15kPa,Φ
u
=23°，k=6.54×10
-8
m/s。
第二层地基材料：
松软砂黏土：ρ=1939 kg·m
3
，E
i
＝8MPa,μ
i
＝0.35,C
u
=23.0,Φ
u
=25.0°，k=3.18×10
-8
。
路堤填土：
路堤填土：ρ=2041 kg·m
3
，E
i
＝20,μ
i
＝0.3,C
u
=147.0,Φ
u
=33.0，不考虑渗流特性。
（三）边界条件
对于固结分析来说边界条件主要有两类，除需要施加基本的位移边界外，还应施加渗流边
界。
模型所施加的边界条件情况见表1：
（四）模拟工况
路堤填筑按每50厘米至下而上分层填筑，每层填筑工期为7天。分层填筑加载示意图见
图2：
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（五）数值分析结果
通过分析可以得到不同路堤填筑时刻软土地基的位移和孔压的分布情况。图3、图4为路
堤填筑完成时刻软土地基的位移和孔压的分布情况。
的竖向位移分布图
从图中可以看出，路堤填筑完成时刻软土地基的位移的变化规律是，路基中心位移沉降最
大，随着距路基中心距离增大位移沉降逐渐减小。
在路堤填筑完成时刻，地基下部的超静孔压已经消散完毕，地基上部超静孔压还没有完全
消散。
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图5为路基中心处地基表面沉降随路基填筑变化图，从图中可以看出，随着路基的填筑，
地基的沉降逐渐增大，初期沉降速率较大，至第5、6层路基填筑时，地基沉降速率逐渐降
低，其后逐渐趋于稳定。
三、结语
通过以上的分析，采用有限元法计算软土地基的固结沉降，可以得到不同路堤填筑时刻软
土地基的位移和孔压的分布情况，为预测软土地基工后沉降和指导路基填筑过程提供了较为接
近工程实际的参考数据。
参考文献
[1]颜志雄，岳祖润．秦沈客运专线某试验段软土地基固结有限元分析[J]．国防交通工程
与技术，2004，(1)．
[2]Hibbitt，Karlsson & Sorensen Inc. ABAQUS Analysis User's Manual. 2004．
[3]Hibbitt，Karlsson & Sorensen Inc. ABAQUS Keywords Reference Manual.2004．
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作者简介：杨艳广（1977- ），男，河北唐山人，中铁建工集团有限公司拉萨分司工程
师。