張 敬 文

(四川元豐建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司，四川 成都 610061)

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土工格柵加筋擋土墻穩(wěn)定性研究

張 敬 文

(四川元豐建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司，四川 成都 610061)

通過(guò)MIDAS/GTS有限元軟件，數(shù)值模擬了土工格柵加筋擋土墻的穩(wěn)定性，分析了在不同土層位置上土工格柵加筋擋土墻水平位移及拉應(yīng)力的變化情況，為土工格柵在加筋擋土墻中的應(yīng)用提供了依據(jù)。

土工格柵，MIDAS/GTS，加筋擋土墻，拉應(yīng)力

土工格柵是一種用聚丙烯、聚氯乙烯等高分子聚合物經(jīng)熱塑或模壓而形成的片網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物。它具有變形量大、耐腐蝕性強(qiáng)、抗老化、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用在道路、邊坡防護(hù)等工程中，并在實(shí)際工程中取得顯著的成效。但是土工格柵在實(shí)際工作工程中，其力學(xué)性能對(duì)結(jié)構(gòu)影響較大，因此對(duì)其受力過(guò)程的研究顯得十分重要，很多學(xué)者、專(zhuān)家也對(duì)其變形、強(qiáng)度、筋土作用進(jìn)行了許多研究，也得出了許多成果[2,3]。

然而在實(shí)際施工過(guò)程中土工格柵和土體之間的作用機(jī)理較為復(fù)雜，一般試驗(yàn)很難完全反映其相互作用機(jī)理。本文選擇土工格柵作用加筋擋土墻的筋材，采用MIDAS/GTS有限元分析軟件[1]作為分析手段，對(duì)土工格柵加筋擋土墻中土工格柵與土體之間相互作用力進(jìn)行分析，從而得出其變形規(guī)律，為土工格柵擋土墻施工提供參考意見(jiàn)。

1 數(shù)值分析模型

1.1 本構(gòu)模型的選擇

巖土工程中的本構(gòu)關(guān)系是指經(jīng)過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)得出的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線，經(jīng)過(guò)相關(guān)理論及假設(shè)，推導(dǎo)普遍關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，從而應(yīng)用在復(fù)雜狀態(tài)下的巖土結(jié)構(gòu)中。本工程中根據(jù)MIDAS/GTS提供采用的本構(gòu)模型如表1所示。

表1 本構(gòu)模型

1.2 材料參數(shù)選擇及數(shù)值分析模型

本數(shù)值模擬模型是某地區(qū)邊坡處土工格柵加筋擋土墻，其擋土墻高為6 m，混凝土擋板后為粘性回填土，擋板采用的是C25混凝土面板，厚度30 cm，土工格柵間距60 cm，容許拉應(yīng)力25 kN/m，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為4.0 m,地基為砂卵石基礎(chǔ)。其材料參數(shù)如表2所示，數(shù)值模型如圖1所示。

表2 材料參數(shù)

2 有限元數(shù)值模擬結(jié)果及分析

2.1 土工格柵加筋擋土墻水平位移

本文通過(guò)MIDAS/GTS有限元軟件對(duì)砂卵石地層上的土工格柵加筋擋土墻穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值模擬分析，其擋土墻水平位移見(jiàn)圖2。

從圖2中可以看出：在擋土墻高度1/2左右的范圍內(nèi)，擋土墻的水平位移達(dá)到最大值，最大水平位移為10.23 mm。中部?jī)蓚?cè)的水平位移逐漸減少，其中填土頂部的位移大于下部與砂卵石接觸部位的位移。回填土方向隨著深度的增加，水平位移逐漸減小。

陳榕等人[4]指出在工程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)格柵的長(zhǎng)度進(jìn)行選擇，長(zhǎng)度過(guò)大時(shí)格柵的后段不能或來(lái)不及發(fā)揮對(duì)土的摩擦阻抗效果，而長(zhǎng)度過(guò)短則會(huì)導(dǎo)致筋材直接從土中整體拔出現(xiàn)象。而采用MIDAS/GTS數(shù)值模擬軟件能很好的解決這個(gè)問(wèn)題。在施工前，可以通過(guò)數(shù)值模擬分析結(jié)果，對(duì)于不同層面上選擇合理長(zhǎng)度的土工格柵材料，使土工格柵材料能完全發(fā)揮其摩擦阻抗效果。

2.2 土工格柵加筋擋土墻水平拉應(yīng)力

土工格柵的抗拉性能好，變形量大，縱橫強(qiáng)度差異小，廣泛的應(yīng)用在邊坡、道路等領(lǐng)域，其高抗拉強(qiáng)度、低延伸率是其主要性能特點(diǎn)。本文通過(guò)采用MIDAS/GTS軟件模擬在砂卵石地層上土工格柵加筋擋土墻的水平拉應(yīng)力(如圖3所示)。

從圖3中可以看出:這10層土工格柵所承受的最大拉應(yīng)力值的最大值出現(xiàn)在1/5擋墻高度的位置，其值為9.85 kN/m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于土工格柵的容許拉應(yīng)力[Ta]=25 kN/m，這說(shuō)明土工格柵在回填土中所承受的拉力遠(yuǎn)小于其抗拉強(qiáng)度。擋墻高度在3/5以下的位置時(shí)，隨著遠(yuǎn)離擋墻面，其最大水平拉應(yīng)力逐漸增大。而擋墻高度在3/5以上時(shí)，其拉應(yīng)力恰好相反，隨著遠(yuǎn)離擋墻面，其最大水平拉應(yīng)力逐漸減小。以上現(xiàn)象說(shuō)明各層土工格柵的受力情況是不均勻分布的，這與楊慶等人[5]指出的“每層格柵的受力并非是均勻分布，越靠近邊坡中心點(diǎn)處格柵的應(yīng)變?cè)酱?，而靠近坡角處格柵的?yīng)變則很小”的模型試驗(yàn)結(jié)論相符合。

在實(shí)際土工格柵加筋擋土墻施工中，可以通過(guò)采用MIDAS/GTS軟件分析土工格柵加筋擋土墻受力特點(diǎn)，對(duì)薄弱環(huán)節(jié)采取相應(yīng)措施，如合理布置不同層面上的土工格柵的長(zhǎng)短、預(yù)張拉土工格柵等措施，可以有效的提高土工格柵筋材料性能的發(fā)揮，避免不必要的浪費(fèi)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在砂卵石地層上的土工格柵加筋擋土墻的穩(wěn)定性的數(shù)值模擬分析，得出以下結(jié)論：

1)每層土工格柵在土體中對(duì)土體的影響范圍不同，位移大小也不同，在實(shí)際施工中可以根據(jù)其受力特點(diǎn)在不同的層面上選擇不同長(zhǎng)度的土工格柵進(jìn)行施工，這樣能充分發(fā)揮其結(jié)構(gòu)性能，節(jié)省筋材。

2)每層土工格柵在土層中的受力分布是不均勻的，在受力特別大的區(qū)域可以采取相關(guān)措施，如預(yù)張拉土工格柵等，從而有效保證擋土墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，又能避免不必要的浪費(fèi)。

[1] 北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司.MIDAS-GTS用戶手冊(cè)[Z].2004.

[2] 羊 曄，劉松玉，鄧永鋒,等.土工格柵受力狀況的測(cè)試新技術(shù)[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2009,31(7)：1133-1137.

[3] 張圣城，張曉冰.土工格柵的特性及其應(yīng)用實(shí)例[J].國(guó)外公路，1991(1)：12-14.

[4] 陳 榕，欒茂田，趙 維,等.土工格柵拉拔試驗(yàn)及筋材摩擦受力特性研究[J].巖土力學(xué)，2009,30(4)：960-964.

[5] 楊 慶，季大雪，欒茂田,等.土工格柵加筋路堤邊坡結(jié)構(gòu)性能模型試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué)，2005,26(8)：1243-1252.

[6] 岳紅宇，陳 功，陳加付.土工格柵工程特性的試驗(yàn)分析及在其處理公路路基中的應(yīng)用[J].公路交通科技，2004,21(6)：20-24.

Study on stability of geogrid reinforcing retaining wall

Zhang Jingwen

(SichuanYuanfengConstructionProjectManagementCo.,Ltd,Chengdu610061,China)

The paper numerically simulates geogrid reinforcing retaining wall stability with MIDAS/GTS finite element software, and analyzes horizontal displacement and tensile stress changing conditions of geogrid reinforcing retaining wall at different soil layer, which has provided some guidance for applying geogrid in reinforcing retaining wall.

geogrid, MIDAS/GTS, reinforcing retaining wall, tensile stress

1009-6825(2016)18-0070-02

2016-04-17

張敬文(1969- )，男，工程師

TU476.4

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