工控智汇

工控智汇

加筋边坡的研究现状

admin 69 91

加筋土结构作为传统土力学的一个分支,在六十年代后得到了很大的发展。现有的加筋结构的工程实用计算和设计方法主要是建立在极限平衡法基础上,它简单明了,已广泛应用于工程设计。很多学者根据加筋土结构的机理,提出了许多修正的工程设计的方法,这些方法主要采用“摩擦加筋”和“准粘聚力”原理。在现有加筋结构的设计研究中,主要有以下4种方法:

1.以试验成果为基础,并引入适当的假定而推导出实用计算方法。

2.由理论推导出破坏面的形状,然后再应用于设计。

3.以古典常规计算分析方法为基础,引入土工合成材料修正项得出新的设计分析方法。

4.由有限元法计算与各种影响因素(结构的几何参数、土质参数等)有关的设计计算曲线,进行结构设计。

还有一些专门用于土工合成材料加筋的实用计算方法,例如用于加筋挡墙设计的“位移法”;用于边坡稳定设计的“运动极限分析法”等。

以古典常规分析法为基础的工程实用计算,难以正确评价加筋材料的加固效果。例如以加筋路堤圆弧滑动法为基础,把筋材作为一附加外力项来处理,附加外力可以取加筋材料的极限抗拉强度,或再考虑一安全系数。但计算结果表明,分析所得的加固效果仅为1%左右,说明其基本假设或机理分析上有不合理和不完备的方面。“位移法”和“运动极限分析法”虽考虑了土工合成材料的变形因素,但比上述方法复杂,其中有些参数的选取也比较困难,在实际工程设计中推广不易。

有限元法是诸多分析法中最能适应各种复杂因素的方法之一。一般可将其分为两类:一类是利用有限元法的计算结果对土工合成材料的加固机理进行探讨;另一类是利用有限元法计算结果和常规计算结果之间的某种联系,由有限元法计算结果制成图表供工程设计采用。这样可提高常规计算的精度,全面合理地考虑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处理上,依据不同的假设存在不同的处理手法。一种方法是将土工合成材料作为一维线单元来考虑,土与合成材料在各点的变形都是协调的。其中,不少学者是依据土与合成材料的界面摩擦试验成果,假定滑动不可能发生在土与合成材料之间。另一种方法是依据土与土工合成材料的外摩擦角小于土的内摩擦角的结论,先不管土与合成材料界面是否有相对错动,而由计算结果来判别处理。除了将土工合成材料处理成线单元外,很多研究者是在合成材料的两侧各设一接触单元。其中有不少好的处理方法,但大致上都可以归于Goodman单元这一类。Goodman接触单元假定接触之间由切向和法向的弹簧所连接,接触单元的应力与相对位移的关系由劲度系数来描述。但为了表征两个接触物体不会相互侵彻,法向劲度系数必须取一极大值,而当接触法向面力为拉时,法向劲度系数要求取很小的值,以满足接触面上不能承受拉力的条件。这样的处理对接触面的正应力的计算来说,是一种简化的方法,不仅会带来计算误差,而且劲度系数取值的人为性容易造成计算不收敛。对于切向劲度系数,研究者根据拉拔试验和直剪试验结果给出了各种摩擦模型,但实质上都没有跳出Mohr-Coulomb准则的范畴。

目前,有限元法不仅用来进行数值分析,而且可以进行参数反演。但就土工合成材料的加固机理方面的研讨,仍有许多工作需要深入研究。尽管前人巳经做了许多这方面的尝试,但目前的分析方法仍然难以正确评价土工合成材料的加固效果,分析得到的结果与实际工程存在较大差距。