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        加筋土擋墻破壞機(jī)理研究

        2018-03-15 09:34:36熊甜甜楊博
        建材與裝飾 2018年7期
        關(guān)鍵詞:理論

        熊甜甜 楊博

        (1.西安思源學(xué)院城市建設(shè)學(xué)院 陜西西安 710038 2.云南省設(shè)計(jì)院 云南昆明 650500)

        加筋土的作用機(jī)理歸根結(jié)底是筋-土之間的相互作用,然而筋-土之間的相互作用機(jī)理至今也未被充分認(rèn)識(shí)[1~2]。其原因?yàn)檎J(rèn)識(shí)對(duì)象的不直觀性、加筋類型、邊坡形式的復(fù)雜性等,使筋-土之間相互作用變得十分復(fù)雜,理論分析與工程實(shí)踐脫離,是因?yàn)閷?duì)筋-土界面的作用機(jī)理未能認(rèn)識(shí)清楚。

        1 三維等效附加圍壓理論

        筋-土之間的相互作用是加筋土擋墻土壓力分析計(jì)算的關(guān)鍵,等效附加圍壓法[4~5]是將筋材對(duì)土體的復(fù)雜作用通過一個(gè)附加圍壓來代替,通過這種方法可以將加筋土體當(dāng)作素土進(jìn)行分析計(jì)算。

        將二維等效附加圍壓理論推廣到三維應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析。如圖1所示:(1)表示加筋土體破壞時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)莫爾圓,其三個(gè)主應(yīng)力分別是2)表示未加筋土體破壞時(shí)的莫爾圓,其三個(gè)主應(yīng)力分別是σ1、σ2和σ3。可以看出,當(dāng)加筋土體單元和未加筋土體單元在破壞時(shí)承受相同的大主應(yīng)力σ1的作用時(shí),加筋土體單元受到的中主應(yīng)力和小主應(yīng)力小于未加筋土體單元受到的中主應(yīng)力和小主應(yīng)力,其減小量是由筋材等效而成的側(cè)向約束力增量Δσ2和Δσ3。

        圖1 三維等效附加圍壓

        上述側(cè)向約束力增量Δσ2和Δσ3可表示為

        現(xiàn)將三維等效附加圍壓的概念應(yīng)用到土體本構(gòu)模型中進(jìn)行筋-土之間的相互作用及筋材對(duì)土體強(qiáng)度提高的分析。對(duì)于等效附加圍壓Δσ2和Δσ3的確定,給出了小主應(yīng)力方向Δσ3的計(jì)算式:

        式中:

        R3——筋材小主應(yīng)力方向單位寬度受到的拉力,非拉斷破壞時(shí)取筋材受到的拉力,拉斷破壞時(shí)取筋材單位寬度抗拉強(qiáng)度;

        ΔH——布筋豎向間距。

        由于加筋土擋墻中的筋材主要受到垂直于擋墻面板方向的拉力作用,而筋材沿?fù)鯄Ψ较蚴艿降睦^小,所以等效附加圍壓Δσ2的值較小,近似忽略不計(jì)。

        將筋材對(duì)土體的復(fù)雜作用通過附加圍壓Δσ2和Δσ3來代替,便可將加筋土體當(dāng)作素土進(jìn)行分析計(jì)算。

        2 加筋土其他基本理論

        (1)摩擦理論:加筋土復(fù)合結(jié)構(gòu)中,填土自重和外力產(chǎn)生土壓力,并作用于擋墻面板,面板上的筋材連接件將土壓力傳遞給筋材,筋材從土中可能被拔出。但筋材被土體壓住,因此填土與筋材之間的摩擦力阻止筋材被拔出。筋材具有足夠的強(qiáng)度,并和土體產(chǎn)生足夠的摩擦力,加筋土體就能保持穩(wěn)定。

        筋-土界面的摩擦阻力阻止拉筋被拔出,當(dāng)層筋材與土體之間的摩擦力能抵抗相應(yīng)土體的推力時(shí),墻體便不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)面,加筋土體的內(nèi)部穩(wěn)定便得到保證。摩擦理論概念明確、簡單,在工程中得到較廣泛應(yīng)用。但是,摩擦原理沒有考慮筋材的變形,也沒有考慮土體的非連續(xù)性和各向異性等。

        (2)準(zhǔn)粘聚力理論:加筋土復(fù)合結(jié)構(gòu)可看作各向異性材料,一般情況下,筋材彈性模量大于土體彈性模量,土體與筋材共同工作,加筋土復(fù)合結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度包括土體抗剪力、土體與筋材間的摩擦力和筋材抗拉力,使加筋土的強(qiáng)度提高。準(zhǔn)黏聚力理論將筋材對(duì)土體強(qiáng)度的貢獻(xiàn)用準(zhǔn)黏聚力c′代替,既認(rèn)為筋材的存在提高了土體的黏聚力。

        (3)混合物理論:M.Bennis&P.Debuhan將加筋土看作一個(gè)兩相系統(tǒng),提出一種考慮土與筋材相互作用的加筋土多相本構(gòu)模型,用于加筋土結(jié)構(gòu)的彈塑性分析。該模型將加筋后的材料認(rèn)為是由兩種相互作用的連續(xù)介質(zhì)疊加而成的復(fù)合系統(tǒng),并建立一個(gè)相容的力學(xué)框架。

        以上各種理論促進(jìn)了加筋土技術(shù)的發(fā)展,但是每種理論都存在缺陷,不能普遍反映不同類型加筋土擋墻中筋-土相互作用機(jī)理。因此在實(shí)際工程中,根據(jù)不同類型加筋土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),選用合適的理論指導(dǎo)工程實(shí)踐。

        [1]介玉新,李廣信,鄭繼勤.纖維加筋土計(jì)算的新方法[J].工程力學(xué),1999,16(3):81~89.

        [2]介玉新,王乃東,李廣信.加筋土計(jì)算中等效附加應(yīng)力法的改進(jìn)[J].巖土力學(xué),2007,28:129~132.

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