土工加筋结构受力机理的

土工加筋结构受力机理的分析摘要：文章介绍了加筋土工作原理及利用有限元对土工加筋结构受力机理进行分析研究，得出土工加筋结构受力机理的一般规律性，对以后土工加筋结构设计、施工有一定的指导作用。关键词：土工加筋加筋机理结构受力1前言土工加筋技术（EarthReinforcement）是一种在土工构筑物中或原位土体中埋设抗拉性能较好的材料而使整个土工系统的强度和稳定性等力学性能得到明显改善的土体加固方法。现代用于支挡结构的加筋土方法是1971由法国建筑师Vidai首创。从1980年以来，开始使用土工格栅用作加筋。在过去的30多年里，37个国家已修建了2万余座加筋土结构，其面积超过7百万平方米。加筋土技术在七十年代引入中国，自1979年第一座8m高加筋土挡墙在云南建成以来，土工加筋技术应用和研究在我国得到了极大重视。并大量推广应用到公路路堤工程、港口护岸工程、柔性桥台工程等特殊工作环境下的工程结构中。如：三峡水电工程、秦山核电站、青藏铁路工程、洞庭湖大桥等。2土工加筋工作原理1．1加筋土边坡系统组成加筋土边坡支挡结构主要由加筋材料、面层系统和回填材料三大部分组成(见图2-1)。1.2摩擦加筋原理在加筋土结构中,由填土自重和外力产生的土压力作用于墙面板,通过面板上的拉筋连接件将此压力传递给拉筋,企图将拉筋从土中拉出。而拉筋材料又被土压住,于是填土与拉筋之间的摩阻力阻止拉筋被拔出。因此,只要拉筋材料具有足够的强度,并与土产生足够的摩阻力,则加筋土体就可以保持稳定。在条带式加筋土挡墙中,墙体由于受土体的推力产生破坏时(暂将加筋土体看成无加筋土体),依据朗金理论,沿主动破裂面将墙体分为主动区和稳定区。下滑土楔体自重产生的水平推力对每一层拉筋形成拉力,欲将拉筋从土中拔出,而稳定区土体与筋带的摩擦阻力阻止拉筋被拔出。如果每一层拉筋与土体的摩擦阻力均能抵抗相应的土推力,则整个墙体就不会出现滑动面,加筋土体的内部稳定就有保证。设每层筋带所受的土体水平推力为T,则：式中：σ为法向应力;l为筋带长度;f为拉筋与土粒间的摩擦系数;b为拉筋筋带宽度;L2为拉筋在稳定区的长度。1.3准粘聚力原理加筋土结构可以看作是各向异性的复合材料,通常采用的拉筋,其弹模远大于填土。在这种情况下,拉筋与填土的共同作用,包括填土的抗剪力、填土与拉筋的摩擦阻力及拉筋的抗拉力,使得加筋土的强度明显提高。图2-2所示,加筋后筋土界面上的土工格栅与土之间的表面摩擦力、土工格栅孔内的土与孔外土颗粒与土工格栅的横向筋肋之间的作用力土之间的表面摩擦力三种摩擦力变化。垄图奉2-1巡竹土工格栅加筋域支挡结构环3裁土工加筋研受力机理分析肿3危.旧1曾计算模型及参截数裙爪采用有限元软葬件做ANSY汉S族来模拟欣土烤工加筋结批构受力机理，谅试验工程的结窜构源模型天如图杠3-1管所示检。芝图都2-斧2诊增齐土工格栅与土飘之间的相互作沙用胡图毫3-芝1穷土工加筋挡草墙断面图易依据试验工程册的实际结构建击立有限元模型楼，周围土体的乘计算范围定义涌为：沿水平方飘向和竖直方向聪延伸阀3岭倍坡高，即炸15m兆。柿分析的本构模初型选用岩土工冻程中常用脉的脚Drucke半r-Prag睛e类r昼弹塑性模型，芒在主ANSY排S尚中通胸过逃D屡P件材料来实现，年由于面板与填奋土、填土与面底板、基础与混恢凝土垫层之间拾的刚度相差较评大榆,选为了模拟受荷辰过程中不同材香料之间的滑移熟现顺象矿,茫有限元分析中碑在两种不同材相料之间设置夏了介Goodma辱n等接触面单元沙。吩Goodma石n大单元能较好地跳反映接触面切臣向应力和变形涉的发黎展勇,饥能考虑接触面汁变形的非线性射特挪性完,镜形式简芦单霞,颈应用方便律。模型网格划签分选用自由网丘格划分。喷根据试验工程篮实际的工程地冲质条件确定有跳限元模型的材券料参数，列于描表葱3允-1还。潮有限元模型的场材料参数册猜铅表枪3探-1拌弹性模量款（欺M医p宜a只）掌泊松比昏饱和丛容重（薄）避天然狱容重蠢（根）霜粘聚力拒(胶K激p零a秆)矩内摩擦角飞（编°新）借加筋区土体下9.7插0.3概20.8守18.7位8侨33胸素填土受9.7纱0.3坏19.6仍17.9膏2谋31阳花岗岩强风化晓层竹40糕0.25耕23.2坊22.0虎20由35典花岗岩中等风狡化层堂980潮0.22粒26.6渗26.2皆400蔽41盈3.2骑加筋伏挡墙梁的有限元分析净及束结果平驻爸3.2边.型1熊侧向位移确分析结果如亩图晓3-矮2尸、港3-椅3疑所示：份泼（种1活)夹土工格栅加筋景有效的减小了汪边坡的侧向位蔽移尺。日购（拿2洁)绩捎加筋边坡的水极平位移分布较哪均匀，减少了览土体的主应力寿差毫。如阶图报3站-慨3毙(灯a)瓶中水平位移衡曲线出现有规求律的反复波折竖，从对应位置份可以发现，波颂谷点即位移相阀对较大的地方坑都出现般在每一个加筋氧土层的中间部蚊位，而靠近筋横材的土体的水价平位移相对有塘所减小。（（a）加筋边坡（b）未加筋边坡图3-2水平位移分布云图（（a）加筋边坡（b）未加筋边坡图2-18坡面上节点水平位移曲线纱3.2骆.2堤吐应力水平妥分析结果：辉语（疫1帐)词加筋边坡相对税于未加筋边坡仅，其平均等效过应力减小偏5.2%股。亚住（煤2菌)单对于加筋边坡窝，在坡面上各伸加筋土层中间欠部位出现了塑谅性区；对于未夏加筋边坡，塑姨性区集中出现笛在坡趾点附近湿。脊查（贷3起)薯加筋边坡中最热大剪应变是未仅加筋边坡最大不剪应变的石25.5%秘。挤3.2元.3助番接触摩擦力让分析结果如况图厘3-绩4安、具3-惭5街所示：刷睡制（附1乞)换土工格栅与土察之间的接触基凡本上都处于粘庙合状态。既绢（钉2棉)燕每一层土工格奖栅上的接触摩顾擦力从坡内向扬坡面成抛物线泽增大。寨甲（古3梯)裳浅层土工格栅裁，承受的拉力再较小，介面摩且擦力仅在靠近佩坡面前端发挥初出来器。割（迁4梦)及搭深层土工格栅们，承受的拉力农较大，后端土绝工格栅上的接夜触摩擦力逐步座成为提供摩阻切力的主要区域逢，翁这说明土与土础工格栅上的摩筹擦效应的发挥赴是随拉力的增雅大而逐步向坡怖内沿伸的。图3-4图3-4土工格栅上界面接触摩擦力分布图图3-5土工格栅下界面接触摩擦力分布图知3.2烦.4聪.嫂安全系数与塑垒性分析结果如蚊图戒3-篮6坟所示：患授（射1柱）妹未加筋边坡的块安全系数为慢1.04罩，加筋陡坡的乡安全系数为来1.64近。玩灿（汁2治）先加筋作用的存片在，阻断了趋坊势滑移面进一网步沿伸到加筋卖区域稳。轿材（筐3凑）宁未加筋边坡塑骗性区条带与接勤触摩擦力的峰堪值点的连线对旧应动。(a)(a)加筋边坡(b)未加筋边坡图3-6塑性区分布（K=1.0）4结语留本文对坑土工加筋工作形原理及土工加莫筋挡墙仔结构优受力机理进行阔了有限元吧模拟分析渐，得出了弃土工加筋挡墙颠结构缩受力机理押的扔规律性。馅目前口，倍随着计算机技匠术及数值计算雄理论水平的不疼断提孟高姓,惑对加筋土挡墙电结构受力机理壁的搅有限