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。图2-1土工格栅加筋支挡结构3土工加筋受力机理分析3.1计算模型及参数霸采用有限红元软帝件衬ANSY慢S赠来模拟暴土切工加筋结弃构受力机劣理，试验晌工程的结恒构献模型验如赴图绢3-耀1隙所示。摇图黄2-2燥旷土工格栅贡与土之间歼的相互作申用迟图籍3-萄1缺土工加术筋挡墙断版面图惯依据试验抱工程的实猫际结构建胞立有限元拘模型，周赏围土体的别计算范围被定义为：戏沿水平方租向和竖直救方向延伸爱3良倍坡高，纠即算15m竿。甚分析的本爽构模型选恨用岩土工扒程中常用绸的找Druc泥ker-林Prag万e丝r割弹塑性模不型，遥在裹ANSY团S寄中通易过乎D舒P紫材料来实踩现，由于绘面板与填栋土、填土留与面板、比基础与混震凝土垫层歉之间的刚邻度相差较蒸大钟,卷为了模拟凑受荷过程舍中不同材冬料之间的亏滑移现奋象冠,抓有限元分妈析中在两损种不同材台料之间设探置世了辜Good降ma判n候接触面单成元锤。垒Good孕ma梅n缎单元能较劲好地反映顾接触面切带向应力和反变形的发央展灿,艘能考虑接厨触面变形前的非线性开特灭性漠,役形式简纷单狮,古应用方便区。模型网纸格划分选眨用自由网殖格划分。恳根据试验务工程实际眉的工程地夕质条件确皇定有限元第模型的材抹料参数，遭列于船表喇3锯-1绝。迷有限元模哗型的材料闷参触数旺戒古防辈表蓬3训-1随弹性模量斥（德M字p盘a蓝）出泊松比眯饱和容重感（威）蛛天然容重订（猎）洗粘聚力暑(凶K揉p壳a猎)咸内摩擦角叨（啊°俩）麦加筋区土润体情9.7俘0.3彼20.8汽18.7埋8把33勺素填土虫9.7伞0.3密19.6虾17.9贵2泛31素花岗岩强盛风化层剂40含0.25柳23.2分22.0劲20过35读花岗岩中鹿等风化层丧980霜0.22恭26.6强26.2卸400擦41弹3.2活加筋挡墙低的有限元援分析及结蜡果淘3.2吼.1落侧向位移筹分析结果桥如雄图虽3-灾2名、凑3-私3奔所示：转（怕1颂)枝土工格栅务加筋有效苍的减小了欧边坡的侧钞向位移。俗（仔2连)失加筋边坡筹的水平位缘移分布较袄均匀，减亮少了土体顽的主应力向差。如令图读3纱-国3剃(翠a)攻中水平位燃移男曲线出现任有规律的姿反复波折往，从对应翻位置可以迟发现，波仁谷点即位渡移相对较广大的地方业都出现肃在每一个苗加筋土层理的中间部污位，而靠嫂近筋材的早土体的水哥平位移相筹对有所减伯小。（（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岔3.2市.2尿应力水平愚分析结果菜：砖（坚1经)酸加筋边坡糠相对于未踏加筋边坡帽，其平均冈等效应力践减小脊5.2%刷。瑞（屠2物)愤对于加筋宽边坡，在饮坡面上各伸加筋土层蜂中间部位溪出现了塑予性区；对飘于未加筋横边坡，塑份性区集中浇出现在坡尊趾点附近隔。玻（文3叹)找加筋边坡托中最大剪男应变是未耍加筋边坡赖最大剪应抗变的醒25.5催%云。盖3.2省.3众接触摩擦吊力分析结味果如干图捷3-妻4巷、刺3-狭5夸所示：凶（被1稿)邀土工格栅吃与土之间勺的接触基护本上都处放于粘合状筐态。聪（泻2档)金每一层土虑工格栅上乡的接触摩威擦力从坡屯内向坡面膛成抛物线穴增大。匙（郑3知)迁浅层土工奉格栅，承猴受的拉力遭较小，介物面摩擦力款仅在靠近徐坡面前端源发挥出来榆。钳（抗4商)援深层土工俱格栅，承央受的拉力幸较大，后辫端土工格驳栅上的接冠触摩擦力车逐步成为兔提供摩阻肤力的主要场区域，这豆说明土与嘴土工格栅励上的摩擦吴效应的发牵挥是随拉沿力的增大极而逐步向宜坡内沿伸鼓的。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羞3.2层.4.销朗安全系数拆与塑性分白析结果如鼓图饿3-忙6寒所示：旋（银1春）未加筋奋边坡的安夹全系数为压1.04敌，加筋陡苍坡的安全秘系数为民1.64券。婆（术2瞧）加筋作滋用的存在铁，阻断了腔趋势滑移庸面进一步李沿伸到加饶筋区域。曲（服3港）未加筋坟边坡塑性饱区条带与毯接触摩擦饿力的峰值熟点的连线脂对应。(a)(a)加筋边坡(b)未加筋边坡图3-6塑性区分布（K=1.0）4结语度本文对苍土工加筋馆工作原理浩及土工加势筋挡墙结算构受力机腰理进行了瞎有限元讽模拟分析猪，得出了测土工加筋桃挡墙结构廉受力机理似的容规律性。典目前，随瘦着计算机役技术及数扑值计算理赛论水平的场不断提诸高羽,返对加筋土丝挡墙结构免受力机理轧的有限元誓计算将