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1、检测与分析GEOTECHNICALENGINEERINGWORLDVOL.11No.1加筋土柔性桥台性能的FLAC数值分析席永慧项宝(同济大学建筑工程系)摘要采用有限差分程序FLAC5.0来模拟加筋土柔性桥台,计算出土工格栅加筋土桥台结构的墙面板水平位移,加筋材料的内力与变形,讨论了应力在加筋土结构中的扩散形式,并与实测数据进行比较,提出加筋土桥台的应用方法。关键词有限差分法加筋土桥台挡土墙土工格栅过去的20年内,世界上建成了几十座加筋土桥2数值模拟计算台结构,加筋土桥台的一个显著特征是其在一定情况下可替代桩的使用,降低工程造价,解决桩基桥台本文
2、采用了有限差分软件FLAC5.0进行数值[1~3]与路基沉降不均匀产生的路桥过渡段问题。模拟。FLAC程序采用的是快速拉格朗日方法,它基于显式差分法来求解运动方程和动力方程。1材料本构模型FLAC除了自身强大的岩土工程分析能力外,还提(1)土体本构模型:土工格栅加筋土挡土墙的供了内嵌扩展语言FISH,极大地增加了其功能和控填土大多为砂土,其在剪切作用下有剪胀剪缩现象;制的灵活性。用户可以根据试验结果添加自己的本此外,砂土的强度及应力应变特性与砂土所受压力构模型,并对计算过程进行物理控制,如模型的分步[4、5]相关,压力小时剪胀现象更明显。本文采用
3、目前岩制作、分步加载,破坏监控等。土工程中广泛应用的Mohr-Coulomb本构模型,本文分析的是Mike.Adams设计Founders/[4][1,6]Mohr-Coulomb屈服准则表达式如下:Meadows桥台,桥跨度为34.5m,桥台结构墙面f=Sn-c-RntanU=0板高6m,共铺设了15层土工格栅加筋材料,在最底利用应力不变量可表示为:层的加筋材料长度为7.8m,其上各层逐渐加长,各1P层土工格栅的间距为40cm,其结构如图1所示。f(I1,J2,H)=I1sinU+J2sinH+33J2P+cosH+sin-ccosU=033式
4、中:Sn)剪应力;Rn)法向应力;c)粘聚力;U)内摩擦角;(0b[H[60b)。(2)加筋材料本构模型及模拟:土工格栅的受力特点是只能受拉,不能受压,且抗弯刚度很小,与薄膜材料的受力特点相似,由于土工格栅材料的抗图1加筋土横截面示意图拉强度和模量比较大,拉伸曲线在应力较小的情况下(一般小于5%)呈直线,考虑到土工格栅在填土该加筋土桥台的数值计算模型如图2所示,为中所受到的拉力远小于其抗拉强度,可以将土工格了更加准确地模拟该桥台,选取了挡土墙面板前后[1]栅的本构关系近似地看成线弹性关系。各20m、深度10m的下层土体来考虑,在前后两个(3)面板
5、材料及桥台基础的本构模型:面板材竖直面上施加水平方向位移约束,在底层边界施加料与桥台基础均为混凝土结构,其强度与模量均远数值方向的位移约束,桥台基础使用阶段荷载为大于土体,在应力远小于其强度时,近似地呈线性关-2-2150kPa#m,路面使用阶段荷载为25kPa#m。系,所以采用线弹性本构模型进行分析。本文采用FLAC内置的Mohr-Coulomb本构模1收稿日期22007-6-0638岩土工程界第11卷第1期检测与分析3结果分析采用FLAC对此加筋土桥台结构进行分析,可以得到墙面板的侧向变形、土工格栅加筋材料的内力及变形、土体的应力和应变、基础
6、的沉降等计算结果。图2加筋土结构计算分析模型型来模拟加筋土桥台结构的土体单元,其中Mohr-Coulomb模型参数如表1所示。表1土体单元的M-C模型参数粘聚力内摩弹性抗拉密度泊松比剪胀角c擦角模量强度20kN#m-37kPa39b0.38.0#10710b4.0#103土工格栅加筋土材料采用FLAC内置的条形锚图4加筋土桥台土工格栅内力土单元Strip来模拟。条形锚是一种专门设计用来模拟薄的、平面加筋条形结构。其受力特点为能在拉或压应力下屈服,而且可以定义其破坏极限,条形锚提供了剪切抵抗力,但是不能提供弯矩(图3)。土工格栅在此分析中只承受拉力
7、,其模型参数如同表2。图5加筋土桥台墙面板水平位移土工格栅加筋材料的内力如图3所示,本文中选取了第2层、第8层以及第14层3个土工格栅的图3条形锚单元(Strip)的力学模型内力与实测结果进行比较分析。模拟计算得到的土表2条形锚单元(Strip)部分计算参数工格栅最大内力均发生在土工格栅与墙面板的连接-1-1处,分别为9.931kN#m,12.92kN#m,9.363kN筋材永久筋土接触条形锚接触条形锚界面的筋材厚度-1设计强度面摩擦角面粘聚力剪切刚度#m,远远小于连接件的设计连接强度58kN#50kN#m-130b0.01m1.8#107N#m
8、-11.0#105Pa-1m,而在工程竣工通车35个月后,实测的上述3-1-1文中采用二维梁单元(Beam)来模拟面板和桥层土工格栅分别
