基于土工合成材料加筋路堤软基有限元分析

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1、华中科技大学硕士学位论文土工合成材料加筋路堤软基有限元分析姓名：毛林峰申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：陈洪江20060429摘要土工合成材料作为一种新型的岩土工程材料，近几年在高速公路的建设中得到了广泛的应用，尤其是在软基上筑堤。目前，在工程实践中大多采用极限平衡法，但极限平衡法不能考虑土体的应力－应变关系以及加筋对土体中应力分布的改变，因此临界滑动面上的应力状态与实际不符。当前，对土工合成材料与土相互作用机理的认识还远远不够，土工合成材料加筋土结构的理论研究明显落后于工程实践，设计计算还有

2、待完善，理论、设计上的滞后限制了土工合成材料在工程中的进一步应用。因此，迫切需要进行深入的理论研究。本文简要介绍了土工合成材料的分类特性及在路基工程中的应用，对土工合成材料的加筋原理及软基加筋路堤破坏形式进行了总结，归纳了加筋土的设计方法与计算模型以及加筋路堤的有限元理论。本文利用大型有限元分析软件ANSYS，侧重于对土工格栅加筋路堤软基进行有限元分析。土体的本构关系采用D-P模型，土工合成材料看作是一种不能受压只能受拉且抗弯刚度为零的柔性材料，筋土之间设置以经典Coulomb摩擦模型作为界面切向力本

3、构模型的接触面单元。并与未加筋情况作对比，来分析加筋对软土地基的应力场、位移场的影响。然后作者从多方面着手，对土工合成材料加筋路堤软基的结构性能进行了研究，即土工格栅的模量、加筋位置、加筋层数、砂垫层的内摩擦角、砂垫层的厚度等参数的不同对整个加筋效果的影响，提出了不同情况下较合理的解决方案，同时为工程设计施工提供了一定的借鉴。关键词：土工合成材料;有限元;加筋;软基路堤;砂垫层;应力;位移IAbstractGeosyntheticsisanewmaterialofgeotechnicalenginee

4、ring.Ithasbeenwidelyappliedinhighwayconstructionintheseyears,especiallyappliedinbuildingembankmentonsoftclayground.TheanalysisofslopestabilityinengineeringpracticehasbeenmadedominantlywithTotalStressAnalysismethoduptonowadays,butasamatteroffact，thestate

5、ofstressoncriticalslipsurfaceisnotinagreementwiththatofrealonestakingnoaccountofthechangeofdistributingofstressandtherelationshipbetweenstressandstrain,astheTotalStressAnalysismethodonlyconsiderstheintegralunitstressofsoilmass.Thereinforcementmechanismb

6、etweengeosyntheticsandsoilisnotclear,thetheoryresearchobviouslycan’tcatchupwiththeapplicationofgeosyntheticsinengineering.Thelagoftheoryanddesignmethodlimitsthefurtheruseofgeosyntheticsintheproject.Thetypecharacteristicofgeosytheticsandtheapplicationins

7、ubgradeengineeringareoutlined.Then,anoverviewofreinforcementmechanismandfailureformofreinforcedembankmentwithsoftclaygroundarepresented.Thedesignmethod,calculationmodelandfiniteelementmethodofreinforcedembankmentareelaborated.Thefiniteelementmethodforth

8、eembankmentreinforcedbygeogridswithsoftclaygroundhasbeencarriedoutusingthecommercialsoftwareANSYS.D–Pmodelareselectedassoilconstitutivemodelandthegeosyntheticsareregardedasonlycanbearingtensileforcebutnotowningflexuralrigiditywhi