土工织物加筋堤坝复合有限元分析方法论文

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1、土工织物加筋堤坝复合有限元分析方法论文摘要：本文首先对作者在文献1所得到的一个加筋复合土体本构模型进行分析计算。并将其编制成有限元程序，分析了一个具有实测资料的加筋路堤工程实例，与实测值进行比较，检验了程序以及这个加筋复合体本构模型的可靠性。然后对某简化堤坝工程进行了沉降和稳定计算。计算结果表明，这个加筋复合体模型以及有限元程序能够合理地反映加筋效果。关键词：加筋堤坝有限元土工织物本构关系文献1建立了一个加筋复合土体的本构关系，它将加筋复合土体视为一种近视的横观各向同性体，引入摩擦等效附加应力的概念来模拟土与加筋体之间复杂的界面作用，充分考虑复合土体的各向异性以及土工合成

2、材料的特点.freel，间距1.5m，采用正方形布置。路基沉降观测及路基基底土压力观测布置于K18+500断面，该断面的施工加载过程如图3所示。3.2计算条件和方法土体采用邓肯-张非线弹性双曲线模型，计算参数如表1。将加筋土工织物和周围的砂垫层作为复合土体进行单元划分。其本构关系采用文献1中所介绍的公式，本算例为平面应变情况，除了水平模量采用文献1中式(28)外，由于其它参数该文未能得到平面条件下的计算公式，根据前面说明其它参数采用εx0,εy0情况下的公式即上文式(23)、(24)、(25)和(32)，但是如果复合体的应变εx0时，认为复合体的参数与其中的土体相同。土工

3、织物的应力应变关系利用双曲线模型3，其初始切线模量为Ebi为640kN/m，抗拉强度K2=57.4kN/m。工程中塑料排水板在平面上是正方形布置而不适合平面应变问题，但有一种近似处理方法即把这种砂井(塑料排水板)转化为砂墙地基来分析，只需修正土体的渗透系数即可，修正和处理方法按文献4的方法进行。取砂墙间距为4.0m，则可得修正系数水平方向为0.881，竖向为0.90。图2路堤设计断面示意图3施工加载过程表1地基各土层有限元计算参数土层号土名c/kPaφ/°KnRfGFDKr/(m/d)1素填土0.034.3232.70.380.770.200.003.71.22×10-4

4、2-12-1淤泥质亚粘土0.035.672.30.840.740.180.001.91.95×10-42-22-2淤泥质亚粘土夹亚砂土15.723.942.51.000.830.180.003.44.60×10-42-3淤泥质亚砂土夹亚粘土0.031.0112.10.330.750.220.000.91.87×10-43亚砂土0.036.9451.20.350.770.290.306.21.21×10-44粉砂0.040.0500.00.300.700.250.000.01.84×10-43.3计算结果采用已编制的复合有限元程序可得到此断面中心点的沉降时程线如图4所示。从

5、图中可以看到，计算结果与实测值相当吻合。现场埋设了4个土压力盒，施工一个月后其测试值见图5所示。而土压力盒附近点由计算得到的土压力值也绘于图5中。由于本工程打设了塑料排水板，在计算时作了等效，而且认为塑料排水板处的超静孔压力为0，这些处理影响了计算的精度。但从图中看到，计算和实测还是较为接近。从这个实例的计算结果与实测结果的一致性可以证明上文的模型有一定的可靠性，可以利用此程序来分析土工织物的加筋效果。图4沉降与时间关系曲线图5土压力分布4加筋效果分析为了分析土工织物的加筋效果，以及进一步检验上文模型对加筋效果的反映程度，本文采用上述方法对某加筋堤坝工程进行分析计算。某堤

6、坝工程几何尺寸、计算网格及路堤的施工工程如图6所示，堤底设置50cm厚度的砂垫层，内夹设一层加筋有纺土工织物。为了便于说明问题和计算简便，计算时对地基条件作了简化，认为地基软土为同一种土体，地基计算深度为15.0m，其下为基岩，取原地基中最主要的土体为淤泥质粉质粘土。土体模型仍采用邓肯-张双曲线弹性非线性模型，模型计算参数如表2所示。其中土工织物其初始切线模量为Ebi为640kN/m，抗拉强度K2=57.4kN/m。预应变取1%计算。利用上述编制的有限元程序将加筋堤和非加筋堤分别进行沉降和稳定计算。图6路堤尺寸、计算范围、网格划分以及加载过程表2地基土有限元计算参数土名c

7、/kPaφ/°KnRfGFDKr/(m/d)淤泥质粉质粘土6.028.945.70.90.770.210.001.72.0×10-34.1沉降计算结果沉降计算结果可以发现加筋能够调整地基的附加应力，限制土体的侧向变形以及增加路堤本身的变形刚度和总体性等作用，从而能减小地基的沉降和不均匀沉降。图7为堤坝中点与路肩对应点的地基沉降-时间曲线。从图中可以看到，土工织物加筋的存在可以有效地减小沉降。如地表路堤中点在第210d时沉降量加筋堤为87.9cm，非加筋堤为99.9cm，相比减小沉降12cm，约12.0%；在第730d时加筋堤为