基于模型试验和数值模拟的土工格室加固高填路堤稳定性：以新疆G216线民丰段为例

为研究土工格室加固高填路堤的稳定性,通过开展室内模型试验,分析了在持续荷载作用下素土边坡和土工格室加固高填路堤边坡的沉降量和最大水平位移;基于室内模型试验,建立有限元模型,分析了不同加固条件下的坡顶沉降量、最大水平位移及土工格室应变,研究了土工格室高度、铺设间距以及不同铺设部位对高填路堤稳定性的影响。结果表明:铺设土工格室能降低边坡土体的沉降量和最大水平位移,进而提高边坡的承载力;素土边坡剪应变自坡顶至坡脚形成贯通的滑移带,铺设土工格室后,滑移带的位置由边坡表层深入坡体内部,且滑移带未完全贯通;增加土工格室的高度,边坡的沉降量和最大水平位移先减小后趋于稳定,安全系数先增大后逐渐平缓;边坡的沉降量、最大水平位移随土工格室铺设间距的增大而增大;减小土工格室铺设间距0.6~0.7倍,最大水平位移降低1.5~2倍,坡顶沉降量减小1.5~1.8倍,安全系数增大1.1~1.3倍。高填土路堤的侧向位移主要发生在边坡底部H/3处,在边坡底部H/3处减小土工格室的铺设间距、增加土工格室的高度能更好约束侧向位移和沉降量,是提高路堤稳定性更为经济合理的加筋方案。     

基于加筋路基中筋材应力性状的土工格室改进铺设方法

确定土工格室加筋路基中筋材内部的应力性状是控制工程成本、有效发挥土工格室加筋作用的关键因素。首先通过室内试验确定高强土工格室材料的应力-应变关系并以此确定其本构模型,而后基于ABAQUS有限元软件,采用分离式分析法分别建立土工格室及路基的计算模型,对多层土工格室加筋路基进行有限元分析。通过添加土工格室前后情况对比,改变土工格室的加筋层数进行分析,研究不同铺设层数的土工格室对路基沉降及侧向位移的影响。通过分析多层土工格室加筋路基内部筋材的拉应力性状,提出一种改进的铺设方法,并建立了有限元模型进行验证。结果表明:添加土工格室能够有效限制路基沉降及侧向位移,使路基的整体稳定性得到提高,具体表现为铺设1层土工格室时,路基中线处的竖向位移可减小36.2%,坡脚处的水平位移可减小74.8%,且路基的稳定性与土工格室铺设层数呈正相关。土工格室筋材内部拉应力由路基中线向路基两侧呈逐渐减小的趋势,在路基边缘位置已趋于零。采用多层土工格室加筋时,最底层的土工格室和最上层的土工格室承受较大的拉应力。在此规律的基础上,采用改进的土工格室铺设方法,在最大节约30%筋材的前提下,可取得大致相同的加筋效果。     

高强土工格室加筋砂地基模型试验变形分析

高强土工格室采用新型U形钉节点, 材料抗拉强度为传统格室的10倍左右. 将土工格室置于地基, 形成土工格室结构层, 针对纯砂地基和不同格室焊距的土工格室加筋砂地基进行多组模型试验. 分析试验所得荷载-沉降曲线, 结果表明土工格室加筋能明显提高地基承载力,减少地基沉降. 在一定范围内, 格室焊距越小, 加筋效果越明显. 将Winkler弹性地基梁计算方法运用于高强土工格室加筋砂地基沉降计算中, 得出弹性地基梁的有限长梁解, 通过试验所得实测数据较为精确地确定了计算所需参数; 对比试验和计算结果, 给出了高强土工格室加筋砂地基结构层变形计算方法, 并且得出高强土工格室这一新型材料的相关计算参数.     

土工格室加固边坡稳定性参数分析

土工格室边坡防护是一种绿色、经济、高效的防护方式。针对土工格室加固边坡的稳定性问题,结合浅层稳定性和深层稳定性两方面综合评价土工格室加固效果。首先考虑土工格室、铆钉及植物根系的作用,重点围绕裸坡、仅铺设格室和格室植草三种工况开展研究,建立了降雨条件下土工格室加固边坡浅层失稳模型和深层数值模拟模型。进一步进行参数敏感性分析,全面研究了边坡坡度和坡长、土工格室尺寸和强度、植物根系密度等参数对浅层抗滑安全系数和深层稳定安全系数的影响。研究结果表明,仅铺设格室和格室植草分别能提高浅层抗滑安全系数1.07和1.33,效果十分显著,对深层稳定性提高效果相对不明显;各参数中,坡角、格室高度、格室焊距和植草密度对土工格室加固边坡稳定性有着重要影响,研究可为土工格室加固边坡优化设计提供参考。     

土工格栅加筋高路堤边坡稳定性的弹塑性有限元分析

在研究路堤填土施工过程和土体的非线性应力应变关系的基础上, 建立了土工格栅加筋高路堤边坡的有限元分析模型, 并利用该模型对土工格栅加筋高路堤边坡的受力情况、位移和破坏机理进行研究, 分析土工格栅的长度、刚度以及铺设间距等参数对路堤变形的影响. 实验结果表明, 选择模量高, 延伸率适宜的土工格栅对减少路堤侧向位移和提高高路堤的稳定性具有明显效果;随着路堤填土高度的增加, 每层土工格栅所受拉力的最大峰值逐渐移向路堤内部;土工格栅所受的拉力从下往上逐渐减小, 最大拉力出现在堤底第2层上;当路堤边坡较陡时(坡率为1:m, m≤1.0), 土工格栅的加筋长度宜取5.5～8 m;土工格栅的铺设间距宜为60 cm.     

土工格栅加筋陡坡路堤的力学行为分析

为了给类似土工格栅加筋路堤的设计和施工提供参考依据,本文以S101线沙湾段公路加筋陡坡路堤工程为例,借助Midas GTS NX有限元软件实现土工格栅加筋陡坡路堤的建模,对其潜在滑裂面、水平位移和筋材受力进行力学行为分析,并结合现场监测数据分析路堤边坡的稳定性。结果表明:土工格栅加筋结构可以使路堤的潜在滑裂面变缓且向内部移动,有限元法较极限平衡法得出的路堤滑裂面位置更准确;土工格栅加筋可以有效限制路堤的水平位移,增强路堤的稳定性;路堤中部和下部区域成为筋材主要受力区,建议在设计中应优先采用上疏下密的布筋方式,且在采用等间距布筋时中部和下部应选用较高强度的土工格栅;筋材受力最大值为23 k N,与极限值相差较大,说明现行规范采用的折减系数较为保守。     

土工格室加筋效果的室内试验

通过室内模型试验，比较土工格室和土工格栅加筋材料加筋后软土顶面的应力和承载力的变化，分析不同填料，不同筋材和不同的格室高度对加筋效果的影响。     

土工格室加筋砂土试验颗粒流分析

为了进一步分析土工格室在土体中的加筋作用,以高强土工格室作为研究对象,采用室内3轴试验和颗粒流模拟的方法,研究土工格室加筋砂土的特性,并通过3维颗粒流分析程序(three dimension particle flow code, PFC~(3D))模拟加筋砂土在不同工况下的应力-应变特性、接触力分布情况、位移场分布规律等.结果表明,用PFC~(3D)能够较好地模拟加筋砂土的应力-应变特性;随着土工格室焊距的增大,加筋砂土模型的承载力也增大;土工格室的高度越高,加筋砂土的承载力越大;随着围压的升高加筋砂土的承载力也增大.最后,分析了在荷载作用下的加筋砂土的位移情况,得出在土工格室中间及其影响区域内土体颗粒在位移方向排列比较集中和整齐,且土体颗粒基本上沿着主应力方向,在土工格室影响区域外围向外扩散.     

高强土工格室加筋砂土性状的三轴试验

通过三轴试验方法研究了高强土工格室加筋土的强度及其变形破坏特性,探论了在不同加筋情况下,土工格室加筋土强度影响因素及其变化规律,分析了在筋材用量相同的情况下,如何选择更合理、更经济的加筋形式.试验结果表明:加筋后土体的强度和抵抗变形的能力明显增强;在围压一定的情况下,格室高度的提升对加筋土强度的提升程度远远大于节点间距减小的影响;在筋材用量相同时,选择格室高度高但是相对层数少的加筋方式更合理;对加筋效果系数和强度参数分析发现,随着围压的增加,加筋效果系数降低,土工格室加筋有助于提高土体的黏聚力和增大内摩擦角,其中黏聚力的提高更显著.     

基于双层Euler梁理论的土工格室加筋体变形计算

针对路堤工程中车辆荷载直接作用于路面板,再经路堤填土传递作用于土工格室加筋垫层的荷载传递实际,并考虑路堤填土刚度、地基土的排水固结效应对土工格室加筋体受力变形的影响,将土工格室加筋体视为置于Kelvin地基上的下梁、路面板视为置于Winkler地基上的上梁,基于双层Euler梁理论,建立考虑路面板-路堤-土工格室加筋垫层-地基土相互作用的上下梁挠曲变形微分方程并求解.将本文解答所得格室加筋体内力位移与传统弹性地基梁法计算结果进行比较,两者吻合良好.在此基础上,分析了格室体刚度、路堤填土刚度、地基反力系数、地基土固结度等因素对路面板及格室体挠曲变形的影响.结果表明:路面板及格室加筋垫层的挠曲变形会随着格室体刚度的增大及地基反力系数的增大而减小,随地基土固结度的增大而增大;此外,路堤填土刚度增大会减小路面板的挠曲变形但会增大格室加筋垫层的挠曲变形.     

土工格室柔性搭板处治桥头跳车影响因素分析

运用有限元软件ABAQUS研究了加筋前后路堤顶部竖向位移和坡脚下地基的水平位移,分析了土工格室模量、填料参数、柔性搭板布置间距、布置层数和路堤高度等因素对路堤位移的影响。结果显示:土工格室柔性搭板体系能够有效减少路桥过渡段不均匀沉降,且当增大土工格室的弹性模量或增加布置层数时,将显著改善处治桥头跳车的效果。     

土工格栅加筋路堤的三维有限元分析

运用通用有限元程序ANSYS ,对软弱地基上路堤加筋的作用和效果进行了三维有限元分析 .计算中采用DP模型模拟土体的材料非线性 ,采用面—面接触单元考虑筋土界面的状态非线性 ,并采用薄膜单元来模拟土工格栅 .通过对相关参数的敏感性分析 ,证明了土工格栅模量对加筋效果有显著影响 ,并且加筋位置靠近路堤底部时更能发挥加筋性能 ;证明了在土体发生显著侧向变形时土工格栅能够发挥抗拉效果 ,从而限制土体侧向变形和路堤外侧土体的隆起 ,达到减小沉降和不均匀沉降的效果 .研究成果对软弱地基路堤加筋处理和新老路基结合部处理均有借鉴意义     

土工格室加筋碎石基层变形机理的数值模拟

为了研究土工格室加筋碎石柔性基层材料的力学性能与变形机理,采用离散-连续耦合的方法对粒径为10~20 mm和20~30 mm的2档碎石和带有级配的碎石填料,以及3种最大粒径(NMAS)分别为37.500,31.500和26.500 mm的连续级配的集料碎石结构层在加载过程中的力学性能进行数值计算。同时对800 mm/200 mm(格室焊距/格室高度),600 mm/200 mm和400 mm/150 mm这3种类型的土工格室加筋结构层进行力链分析。研究结果表明:在同一型号的土工格室下,不同填料结构层承载能力大小排序为:级配碎石;粒径为20~30 mm的碎石;粒径为10~20 mm的碎石。当连续级配碎石的公称最大粒径为31.500 mm时,土工格室加筋碎石结构层的承载能力最好。碎石结构层加筋后,加载板正下方区域的平均应力较未加筋时的应力增大38.4~49.5 k Pa,同时传递到下承层中心区域的荷载减小25.9~40.0 k Pa,强力链分布明显受到了一定的限制,强力链主要分布在土工格室范围内,弱力链主要分布在土工格室范围外。     

土工格室生态边坡稳定性数值模拟分析

针对土工格室柔性护坡技术的前期阶段,经常出现边坡整体失稳这一问题,利用ABAQUS建立边坡-土工格室-铆钉之间相互作用的三维有限元模型,采用强度系数折减法,以边坡坡顶的位移突变作为边坡失稳判断的标准,将计算所得到的不同铆钉分布情况下土工格室防护边坡的稳定安全系数进行比较,并在降雨条件下模拟分析了生态边坡稳定性的变化情况.计算结果表明:土工格室通过控制塑性区的发展很好地提高了边坡的整体稳定性;在格室中添加铆钉以及减小铆钉的分布间距均可有效地提高边坡的稳定性,而铆钉长度的作用效果则不明显;格室可减小降雨对土体更深部位的影响,达到应力重新分布的作用;边坡在降雨条件下最大水平位移发生在坡脚,降雨入渗将明显改变边坡塑性区的发展状况.     

抗滑桩联合土工格室的岸坡加固机理及计算模型

 土工格室是为改善土体或填筑材料在结构和功能方面的特性而设计的一种三维立体网状侧向约束加筋体系。在边坡岸坡的加固中,土工格室一直被作为坡面的防护材料来使用,限制了其应用与发展。根据土工格室的这一特点,在岸坡加固中,探讨了抗滑桩联合土工格室的岸坡加固新模式,分析其作用机理,包括土工格室的紧箍作用及其梁板效应、水平摩擦及抗拉拔作用、抗剪作用等;根据土工格室复合结构层的特点,将其看作具有一定刚度的梁板,建立了抗滑桩联合土工格室加固岸坡的计算模型,并进行了求解和参数讨论。最后,将模型应用于实际工程中,验证了该加固模式和力学模型的适用性。     

土工织物补强软基的整体稳定性计算

针对现有的应用于有加筋垫层路堤的整体稳定性计算的分条圆弧法,未能反映筋材所起的全部作用,偏于保守难以全面反映加筋效果.为了从加筋机理和计算分析两方面更合理地阐述加筋垫层的加筋效果,利用现场足尺破坏试验数据,结合边坡稳定分析的圆弧滑动条分法,分析了加筋垫层路堤的失稳破坏机制.在此基础上,指出深层滑动潜在滑弧要通过路堤的沉降中心点, 并为加筋垫层路堤的稳定性分析提出了一种合理考虑加筋垫层阻滑作用的简化实用分析方法.该方法可推广应用于工程实践.     

兰新铁路青海地区加筋土路堤边坡稳定性分析

以兰新铁路第二双线青海地区路基工程为研究对象,应用有限元数值模拟分析法对其进行研究。通过拟定几何尺寸、确定设计参数及边界条件后构建加筋土路堤有限元模型,并对有、无加筋材料的路堤边坡和影响加筋土边坡稳定性的因素两方面对比分析后,得出相关结论。模拟分析表明,有加筋土的路堤边坡水平最大位移明显减小且安全系数较高;加筋材料的长度和层间距对边坡稳定性有一定影响,两者均有一最佳值。     

带加强节点土工格栅加筋路堤动力响应的颗粒流分析

采用基于离散元理论的颗粒流软件建立了路堤二维数值模型,研究了交通荷载下无筋路堤、普通土工格栅加筋和带加强节点土工格栅加筋路堤的不同动力响应.通过比较不同工况的位移矢量图和颗粒接触力分布情况,发现由于加强节点的存在,带加强节点的土工格栅比普通土工格栅能更有效地减少路堤顶部的累积沉降,限制边坡的隆起;相比无筋路堤,加筋路堤的加载板正下方颗粒接触力集中形成柱状承载结构,能够有效地将上部荷载均匀传递给下部土体.     

土工格室+碎石垫层结构体的稳定性分析

传统的圆弧条分法未能充分考虑加筋材料对于软基稳定性的影响，其计算结果偏于保守。通过对土工格室 碎石垫层处理的软弱路基和一般加筋软弱路基的加固机理以及破坏模式的比较分析，提出采用极限承载力概念的滑块平衡分析法对加筋路基的稳定性进行分析。其工程实例计算结果表明，该方法更符合土工格室 碎石垫层处理的软弱路基的真实可能破坏机理，是一种合理简便的方法。     

土工格栅加筋边坡稳定分析

从土工格栅加固土体的机理入手,采用加拿大著名岩土工程软件Geostuido进行数值模拟分析,讨论了土工格栅的长度、刚度、竖向间距、铺设方式等参数对加筋边坡的稳定性和永久变形等的影响,得到土工格栅在加筋边坡中的一些重要影响因素以及对应的敏感性,从而为加筋边坡的设计提供参考依据。