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    加筋邊坡的研究現狀

    2013-04-26 09:39  來源:巖土網  閱讀:3425
    土工格柵加筋邊坡是土木工程中一種新型復合結構體系。由于其具有造價低廉、施工簡便、節約土地及柔性結構的特點,在公路、水利、鐵路、海港等各個領域得到了廣泛的應用,并獲得較好的經濟效益和社會效益。

        加筋土結構作為傳統土力學的一個分支,在六十年代后得到了很大的發展?,F有的加筋結構的工程實用計算和設計方法主要是建立在極限平衡法基礎上,它簡單明了,已廣泛應用于工程設計。很多學者根據加筋土結構的機理,提出了許多修正的工程設計的方法,這些方法主要采用“摩擦加筋”和“準粘聚力”原理。在現有加筋結構的設計研究中,主要有以下4種方法:

        1.以試驗成果為基礎,并引入適當的假定而推導出實用計算方法。

        2.由理論推導出破壞面的形狀,然后再應用于設計。

        3.以古典常規計算分析方法為基礎,引入土工合成材料修正項得出新的設計分析方法。

        4.由有限元法計算與各種影響因素(結構的幾何參數、土質參數等)有關的設計計算曲線,進行結構設計。

        還有一些專門用于土工合成材料加筋的實用計算方法,例如用于加筋擋墻設計的“位移法” ;用于邊坡穩定設計的“運動極限分析法”等。

        以古典常規分析法為基礎的工程實用計算,難以正確評價加筋材料的加固效果。例如以加筋路堤圓弧滑動法為基礎,把筋材作為一附加外力項來處理,附加外力可以取加筋材料的極限抗拉強度,或再考慮一安全系數。但計算結果表明,分析所得的加固效果僅為1%左右,說明其基本假設或機理分析上有不合理和不完備的方面?!拔灰品ā焙汀斑\動極限分析法”雖考慮了土工合成材料的變形因素,但比上述方法復雜,其中有些參數的選取也比較困難,在實際工程設計中推廣不易。

        有限元法是諸多分析法中最能適應各種復雜因素的方法之一。一般可將其分為兩類:一類是利用有限元法的計算結果對土工合成材料的加固機理進行探討;另一類是利用有限元法計算結果和常規計算結果之間的某種聯系,由有限元法計算結果制成圖表供工程設計采用。這樣可提高常規計算的精度,全面合理地考慮土工合成材料的作用。

    在土工合成材料以及填土和土工合成材料界面的處理上,依據不同的假設存在不同的處理手法。一種方法是將土工合成材料作為一維線單元來考慮,土與合成材料在各點的變形都是協調的。其中,不少學者是依據土與合成材料的界面摩擦試驗成果,假定滑動不可能發生在土與合成材料之間。另一種方法是依據土與土工合成材料的外摩擦角小于土的內摩擦角的結論,先不管土與合成材料界面是否有相對錯動,而由計算結果來判別處理。除了將土工合成材料處理成線單元外,很多研究者是在合成材料的兩側各設一接觸單元。其中有不少好的處理方法,但大致上都可以歸于Goodman單元這一類。Goodman接觸單元假定接觸之間由切向和法向的彈簧所連接,接觸單元的應力與相對位移的關系由勁度系數來描述。但為了表征兩個接觸物體不會相互侵徹,法向勁度系數必須取一極大值,而當接觸法向面力為拉時,法向勁度系數要求取很小的值,以滿足接觸面上不能承受拉力的條件。這樣的處理對接觸面的正應力的計算來說,是一種簡化的方法,不僅會帶來計算誤差,而且勁度系數取值的人為性容易造成計算不收斂。對于切向勁度系數,研究者根據拉拔試驗和直剪試驗結果給出了各種摩擦模型,但實質上都沒有跳出Mohr-Coulomb準則的范疇。

    目前,有限元法不僅用來進行數值分析,而且可以進行參數反演。但就土工合成材料的加固機理方面的研討,仍有許多工作需要深入研究。盡管前人巳經做了許多這方面的嘗試,但目前的分析方法仍然難以正確評價土工合成材料的加固效果,分析得到的結果與實際工程存在較大差距。

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    楊蘭強

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