为了使广义西原模型可以描述冻土的各个变形阶段,用非线性牛顿体替代线性牛顿体进行改进,采用类比的方法将冻土单轴应力状态下的本构方程推广到三维状态;在ABAQUS中利用二次开发平台,编写了改进广义西原模型的UMAT子程序,并在单轴、三轴蠕变条件下进行检验。单轴蠕变的数值解与解析解计算结果十分吻合,两淮地区深部冻结粘土三轴蠕变试验模拟值与实验值相符。表明改进的广义西原模型可以很好地描述冻土蠕变变形特征,包括加速蠕变阶段,UMAT子程序可以用于冻结法施工工程数值模拟。
通过模拟冻土地区地质条件,制作了CFG群桩室内模型,并进行了桩-冻土温度场观测试验。应用ABAQUS对混凝土水化热影响下群桩与冻土的温度进行数值计算,并将计算结果与试验数据进行对比分析且分析结果吻合较好,确定了ABAQUS软件对冻土地区CFG群桩温度分析的适用性,从而分析混凝土水化热影响下群桩与冻土的温度场分布规律、不同混凝土入模温度对模型温度场的影响。
采用ABAQUS软件进行了多年冻土地区不同沥青路面结构响应分析。分析结果表明,路基融沉深度决定了路面位移的大小,路面结构形式对路面位移影响不大,而路面基层底部拉应力主要受路面结构形式影响。随着融沉深度增加,路面位移显著增加。级配碎石基层路面层底拉应力最小,沥青稳定基层路面层底拉应力与其相当,而半刚性基层路面层底拉应力最大。考虑到级配碎石基层的强透水性、低抵抗重载交通能力等缺点,提出沥青稳定基层更适合于多年冻土地区。