土工加筋結(jié)構(gòu)受力機(jī)理的

土工加筋結(jié)構(gòu)受力機(jī)理的分析摘要：文章介紹了加筋土工作原理及利用有限元對土工加筋結(jié)構(gòu)受力機(jī)理進(jìn)行分析研究，得出土工加筋結(jié)構(gòu)受力機(jī)理的一般規(guī)律性，對以后土工加筋結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工有一定的指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞：土工加筋加筋機(jī)理結(jié)構(gòu)受力1前言土工加筋技術(shù)（EarthReinforcement）是一種在土工構(gòu)筑物中或原位土體中埋設(shè)抗拉性能較好的材料而使整個土工系統(tǒng)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性等力學(xué)性能得到明顯改善的土體加固方法?，F(xiàn)代用于支擋結(jié)構(gòu)的加筋土方法是1971由法國建筑師Vidai首創(chuàng)。從1980年以來，開始使用土工格柵用作加筋。在過去的30多年里，37個國家已修建了2萬余座加筋土結(jié)構(gòu)，其面積超過7百萬平方米。加筋土技術(shù)在七十年代引入中國，自1979年第一座8m高加筋土擋墻在云南建成以來，土工加筋技術(shù)應(yīng)用和研究在我國得到了極大重視。并大量推廣應(yīng)用到公路路堤工程、港口護(hù)岸工程、柔性橋臺工程等特殊工作環(huán)境下的工程結(jié)構(gòu)中。如：三峽水電工程、秦山核電站、青藏鐵路工程、洞庭湖大橋等。2土工加筋工作原理1．1加筋土邊坡系統(tǒng)組成加筋土邊坡支擋結(jié)構(gòu)主要由加筋材料、面層系統(tǒng)和回填材料三大部分組成(見圖2-1)。1.2摩擦加筋原理在加筋土結(jié)構(gòu)中,由填土自重和外力產(chǎn)生的土壓力作用于墻面板,通過面板上的拉筋連接件將此壓力傳遞給拉筋,企圖將拉筋從土中拉出。而拉筋材料又被土壓住,于是填土與拉筋之間的摩阻力阻止拉筋被拔出。因此,只要拉筋材料具有足夠的強(qiáng)度,并與土產(chǎn)生足夠的摩阻力,則加筋土體就可以保持穩(wěn)定。在條帶式加筋土擋墻中,墻體由于受土體的推力產(chǎn)生破壞時(暫將加筋土體看成無加筋土體),依據(jù)朗金理論,沿主動破裂面將墻體分為主動區(qū)和穩(wěn)定區(qū)。下滑土楔體自重產(chǎn)生的水平推力對每一層拉筋形成拉力,欲將拉筋從土中拔出,而穩(wěn)定區(qū)土體與筋帶的摩擦阻力阻止拉筋被拔出。如果每一層拉筋與土體的摩擦阻力均能抵抗相應(yīng)的土推力,則整個墻體就不會出現(xiàn)滑動面,加筋土體的內(nèi)部穩(wěn)定就有保證。設(shè)每層筋帶所受的土體水平推力為T,則：式中：σ為法向應(yīng)力;l為筋帶長度;f為拉筋與土粒間的摩擦系數(shù);b為拉筋筋帶寬度;L2為拉筋在穩(wěn)定區(qū)的長度。1.3準(zhǔn)粘聚力原理加筋土結(jié)構(gòu)可以看作是各向異性的復(fù)合材料,通常采用的拉筋,其彈模遠(yuǎn)大于填土。在這種情況下,拉筋與填土的共同作用,包括填土的抗剪力、填土與拉筋的摩擦阻力及拉筋的抗拉力,使得加筋土的強(qiáng)度明顯提高。圖2-2所示,加筋后筋土界面上的土工格柵與土之間的表面摩擦力、土工格柵孔內(nèi)的土與孔外土顆粒與土工格柵的橫向筋肋之間的作用力土之間的表面摩擦力三種摩擦力變化。圖2-1土工格柵加筋支擋結(jié)構(gòu)3土工加筋受力機(jī)理分析3.1計算模型及參數(shù)霸采用有限紅元軟帝件襯ANSY慢S贈來模擬暴土切工加筋結(jié)棄構(gòu)受力機(jī)劣理，試驗晌工程的結(jié)恒構(gòu)獻(xiàn)模型驗如赴圖絹3-耀1隙所示。搖圖黃2-2燥曠土工格柵貢與土之間殲的相互作申用遲圖籍3-萄1缺土工加術(shù)筋擋墻斷版面圖慣依據(jù)試驗抱工程的實貓際結(jié)構(gòu)建胞立有限元拘模型，周賞圍土體的別計算范圍被定義為：戲沿水平方租向和豎直救方向延伸愛3良倍坡高，糾即算15m竿。甚分析的本爽構(gòu)模型選恨用巖土工扒程中常用綢的找Druc泥ker-林Prag萬e絲r割彈塑性模不型，遙在裹ANSY團(tuán)S寄中通易過乎D舒P紫材料來實踩現(xiàn)，由于繪面板與填棟土、填土留與面板、比基礎(chǔ)與混震凝土墊層歉之間的剛鄰度相差較蒸大鐘,卷為了模擬湊受荷過程舍中不同材冬料之間的虧滑移現(xiàn)奮象冠,抓有限元分媽析中在兩損種不同材臺料之間設(shè)探置世了辜Good降ma判n候接觸面單成元錘。壘Good孕ma梅n緞單元能較勁好地反映顧接觸面切帶向應(yīng)力和反變形的發(fā)央展?fàn)N,艘能考慮接廚觸面變形前的非線性開特滅性漠,役形式簡紛單獅,古應(yīng)用方便區(qū)。模型網(wǎng)紙格劃分選眨用自由網(wǎng)殖格劃分。懇根據(jù)試驗務(wù)工程實際眉的工程地夕質(zhì)條件確皇定有限元第模型的材抹料參數(shù)，遭列于船表喇3鋸-1絕。迷有限元模嘩型的材料悶參觸數(shù)旺戒古防輩表蓬3訓(xùn)-1隨彈性模量斥（德M字p盤a藍(lán)）出泊松比瞇飽和容重感（威）蛛天然容重訂（獵）洗粘聚力暑(兇K揉p殼a獵)咸內(nèi)摩擦角叨（啊°倆）麥加筋區(qū)土潤體情9.7俘0.3彼20.8汽18.7埋8把33勺素填土蟲9.7傘0.3密19.6蝦17.9貴2泛31素花崗巖強(qiáng)盛風(fēng)化層劑40含0.25柳23.2分22.0勁20過35讀花崗巖中鹿等風(fēng)化層喪980霜0.22恭26.6強(qiáng)26.2卸400擦41彈3.2活加筋擋墻低的有限元援分析及結(jié)蠟果淘3.2吼.1落側(cè)向位移籌分析結(jié)果橋如雄圖雖3-災(zāi)2名、湊3-私3奔所示：轉(zhuǎn)（怕1頌)枝土工格柵務(wù)加筋有效蒼的減小了歐邊坡的側(cè)鈔向位移。俗（仔2連)失加筋邊坡籌的水平位緣移分布較襖均勻，減亮少了土體頑的主應(yīng)力向差。如令圖讀3紗-國3剃(翠a)攻中水平位燃移男曲線出現(xiàn)任有規(guī)律的姿反復(fù)波折往，從對應(yīng)翻位置可以遲發(fā)現(xiàn)，波仁谷點即位渡移相對較廣大的地方業(yè)都出現(xiàn)肅在每一個苗加筋土層理的中間部污位，而靠嫂近筋材的早土體的水哥平位移相籌對有所減伯小。（（a）加筋邊坡（b）未加筋邊坡圖3-2水平位移分布云圖（（a）加筋邊坡（b）未加筋邊坡圖2-18坡面上節(jié)點水平位移曲線岔3.2市.2尿應(yīng)力水平愚分析結(jié)果菜：磚（堅1經(jīng))酸加筋邊坡糠相對于未踏加筋邊坡帽，其平均岡等效應(yīng)力踐減小脊5.2%刷。瑞（屠2物)憤對于加筋寬邊坡，在飲坡面上各伸加筋土層蜂中間部位溪出現(xiàn)了塑予性區(qū)；對飄于未加筋橫邊坡，塑份性區(qū)集中澆出現(xiàn)在坡尊趾點附近隔。玻（文3嘆)找加筋邊坡托中最大剪男應(yīng)變是未耍加筋邊坡賴最大剪應(yīng)抗變的醒25.5催%云。蓋3.2省.3眾接觸摩擦吊力分析結(jié)味果如干圖捷3-妻4巷、刺3-狹5夸所示：兇（被1稿)邀土工格柵吃與土之間勺的接觸基護(hù)本上都處放于粘合狀筐態(tài)。聰（瀉2檔)金每一層土慮工格柵上鄉(xiāng)的接觸摩威擦力從坡屯內(nèi)向坡面膛成拋物線穴增大。匙（鄭3知)遷淺層土工奉格柵，承猴受的拉力遭較小，介物面摩擦力款僅在靠近徐坡面前端源發(fā)揮出來榆。鉗（抗4商)援深層土工俱格柵，承央受的拉力幸較大，后辮端土工格駁柵上的接冠觸摩擦力車逐步成為兔提供摩阻膚力的主要場區(qū)域，這豆說明土與嘴土工格柵勵上的摩擦吳效應(yīng)的發(fā)牽揮是隨拉沿力的增大極而逐步向宜坡內(nèi)沿伸鼓的。圖3-4圖3-4土工格柵上界面接觸摩擦力分布圖圖3-5土工格柵下界面接觸摩擦力分布圖羞3.2層.4.銷朗安全系數(shù)拆與塑性分白析結(jié)果如鼓圖餓3-忙6寒所示：旋（銀1春）未加筋奮邊坡的安夾全系數(shù)為壓1.04敵，加筋陡蒼坡的安全秘系數(shù)為民1.64券。婆（術(shù)2瞧）加筋作滋用的存在鐵，阻斷了腔趨勢滑移庸面進(jìn)一步李沿伸到加饒筋區(qū)域。曲（服3港）未加筋墳邊坡塑性飽區(qū)條帶與毯接觸摩擦餓力的峰值熟點的連線脂對應(yīng)。(a)(a)加筋邊坡(b)未加筋邊坡圖3-6塑性區(qū)分布（K=1.0）4結(jié)語度本文對蒼土工加筋館工作原理浩及土工加勢筋擋墻結(jié)算構(gòu)受力機(jī)腰理進(jìn)行了瞎有限元諷模擬分析豬，得出了測土工加筋桃擋墻結(jié)構(gòu)廉受力機(jī)理似的容規(guī)律性。典目前，隨瘦著計算機(jī)役技術(shù)及數(shù)撲值計算理賽論水平的場不斷提諸高羽,返對加筋土絲擋墻結(jié)構(gòu)免受力機(jī)理軋的有限元誓計算將