土工加筋挡墙结构受力机理的分析

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1、土工加筋挡墙结构受力机理的分析摘要：本文介绍了加筋土工作原理及利用有限元对土工加筋挡墙结构受力机理进行分析研究，得出土工加筋挡墙结构受力机理的一般规律性，对以后土工加筋挡墙结构设计、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GeogridretainingforcestructureanalysisofthemechanismHuangHai-long（GuangxiHydrogeologyandEngineeringGeologyExplorationInstitute，GuangxiLi

2、uzhou545006）Abstract：ThispaperintroducestheworkingprincipleandtheuseofreinforcedsoilfiniteelementGeogridretainingforcestructureanalysisofthemechanism，drawnGeogridretainingforcestructuremechanismofgeneralregularitiesoftheblockafterGeogridwallstructuraldesig

3、n，constructionhaveaguidingrstructure1.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

4、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。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

5、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

6、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2-2土工格栅与土之间的相互作用3.土工加筋挡墙受力机理分析3.1计算模型及参数采用有限元软件ANSYS来模拟土

7、工加筋挡墙结构受力机理，试验工程的结构模型如图3-1所示。依据试验工程的实际结构建立有限元模型，周围土体的计算范围定义为：沿水平方向和竖直方向延伸3倍坡高，即15m。分析的本构模型选用岩土工程中常用的Drucker-Prager弹塑性模型，在ANSYS中通过DP材料来实现，单元类型选用Plane42单元，Plane42单元是一种4节点的结构实体平面单元，模型网格划分选用自由网格划分。根据试验工程实际的工程地质条件确定有限元模型的材料参数，列于表3-1。3.2加筋挡墙的有限元分析及结果3.2.1侧向位移分析结

8、果如图3-2、3-3所示：（1）土工格栅加筋有效的减小了边坡的侧向位移。（2）加筋边坡的水平位移分布较均匀，减少了土体的主应力差。如图3-3（a）中水平位移曲线出现有规律的反复波折，从对应位置可以发现，波谷点即位移相对较大的地方都出现在每一个加筋土层的中间部位，而靠近筋材的土体的水平位移相对有所减小。3.2.2应力水平分析结果：（1）加筋?坡相对于未加筋边坡，其平均等效应力减小5.2%。（2）对于加筋边坡，在坡面