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《加筋路堤边坡的数值模拟分析_柏巍》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、灾害与防治工程2007年第1期(总第62期)加筋路堤边坡的数值模拟分析柏巍陈灯红王乾峰摘要:基于ANSYS建立了路堤边坡的三维有限元模型,对未加筋路堤和不同高度、不同边坡坡度、不同加筋间距、不同填土的加筋路堤进行了计算,对比分析了各种情况对路堤的沉降、侧移及应力分布的影响,以期能更合理的发挥筋材的效能,为工程实践服务。关键词:ANSYS;路堤边坡;加筋;数值模拟NumericalSimulationAnalysisofGeogridReinforcedSlopeEmbankmentBaiWeiChenDenghongWangQianfengAbstractThispaperestabl
2、ishedthe3-DfiniteelementnumericalsimulationofaslopeEmbankmentbasedontheANSYSsoftware,andthencalculatedtheverticaldisplacement,lateraldisplacementandstressdistributionoftheslopeembankmentandthegeogridrein-forcedslopeembankmentwithdifferentheight,slopegradient,reinforcementclearance,filling.Usingt
3、hecalculationswedidacomparativeanalysisabouttheinfluenceofeachin-stanceswithadesiretomakethegeogridmoreeffective,andprovidethesupporttotheen-gineeringpractice.KeywordsANSYS;slopeembankment;geogrid;numericalsimulation加筋土是由一层或多层水平加筋构件与填土交替铺设而形成的一种复合体。近年来广泛应用于岩土工程界,在软弱地基上修筑高填路堤或堤坝时,由于填土中的侧向土压力,使地基基
4、面承受水平剪应力,导致堤身向两侧发生侧移,很容易造成堤身的整体失稳,随着土工合成材料的兴起,近年来利用土工合成材料加筋软弱地基的工程实践日益增多,通常是在堤身底部铺设单层或多层的土工织物、土工格栅等,来限制土基的侧向位移,用以提高堤坝的稳定性,增加堤坝的填土高度,减少堤坝的竖向沉降及由此而导致的堤面或路面开裂。由于影响加筋土性状的因素众多,利用解析方法求解相当困难,而有限单元法能够考虑复杂的作者简介:柏巍(1982-),男,三峡大学土木水电学院硕士研究生;邮编:443002。1边界条件、各种非线性材料及求解各种非线性的问题,成为了研究这一问题的重要途径。加筋土的有限元分析模型主要有两种
5、:筋材和土体离散考虑分离式模型和筋土合为一体作为复合材料整体式模型。由于筋材与土体之间的存在相互的摩擦作用、土对格栅的被动阻抗作用及格栅孔网对土体的嵌锁作用等,把筋土合为一体作为复合材料整体考虑显得有些牵强。采用分离式有限元模型,将整个加筋体系离散为土体单元、格栅图1加筋土结构体系离散化示意图单元及接触单元,如图1所示。1有限元计算模型1.1土体单元模型土体的本构模型采用Drucker-Prager(D-P)理想弹塑性模型,该模型采用广义VonM-ises屈服准则,等效应力表达式为Rc=BI1+J2(1)1式中,I1为应力张量第一不变量,I1=Rx+Ry+Rz;J2为应力偏量第二不变量
6、,J2=[(R1-62222sinUR2)+(R2-R3)+(R3-R1)];B=,U为内摩擦角。3(3-sinU)6ccosU材料的屈服参数表达式为Ry=,c为粘聚力。3(3-sinU)屈服准则表达式为f(R)=BI1+J2=Ry(2)土体单元选用solid45单元,如图2所示,该单元由8个节点结合而成,每个节点有x、y、z3个方向的自由度。该单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力强化、大变形和大应变的特征。1.2土工格栅筋材单元图2土体单元一般来说,土工格栅应力应变处在弹性范围内,并且只有抗拉强度,而不具有抗压和抗弯特性,所以采用shell41即membrane薄膜单元,如图3所示,该单元
7、是一个三维构件,平面内具有膜强度但平面外没有弯曲强度,构件在每个节点有3个自由度。1.3界面接触单元有学者认为土工格栅与填土咬合力非常[1]大,所以不用采用接触单元。而事实上,通过[2-5]土工格栅界面特性试验的研究表明加筋土图3薄膜单元2的界面特性和土体之间的界面特性有着较大的差异,且土工格栅与土之间的存在相对滑动现象,因此如果简单的将筋材和土看作一体作为复合材料,显得有些牵强。理论上,不同材料之间也应设接触单元,因此有必要在土工格栅和土这两
