【文章內(nèi)容簡介】 加而增大，其數(shù)值均小于理論計算結(jié)果，土工格柵拉筋在施工期應(yīng)變變形較大,工后應(yīng)變非常小,擋墻下部土工格柵拉筋端部應(yīng)變隨填土高度變化較大，在加筋體錨固區(qū)末端存在過渡區(qū)，其工程特性逐漸向非加筋體填土過渡。 研究內(nèi)容 包裹式加筋邊坡通過向土體中添置柔性筋材增強邊坡承載能力，具有造價低廉、施工簡便、與邊坡綠化緊密結(jié)合的優(yōu)點，近年來在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，受到其受到作用力時的破壞機制仍不明確的影響，設(shè)計理論尚不完善，往往都是根據(jù)以往的工程經(jīng)驗進行設(shè)計。顯然，這樣的設(shè)計明顯的缺乏理論的佐證。 本文通過plaxis有限元軟件，對某一包裹式加筋邊坡模型的筋材埋置深度，筋材埋置間距等參數(shù)進行分析，進而從中得出結(jié)論，以期為日后的包裹式加筋邊坡設(shè)計提供理論的佐證。 研究方法 由于缺乏實驗的器材，本課題的研究是通過有限元軟件來進行的。但是，必須承認的是有限元軟件模擬加載所得到的實驗數(shù)據(jù)同真實的實驗數(shù)據(jù)相比是存在很大的誤差的。故而，在進行本課題的研究之前，必須對我們的研究方法進行驗證，確保實驗數(shù)據(jù)的真實性。 模型參數(shù)校核 同濟大學(xué)李飛前輩在其博士論文中詳述了一個包裹式加筋邊坡的荷載實驗過程。通過有限元軟件建立該實驗中的模型進行模擬加載，將獲得的PS曲線同論文中給出的曲線進行對照即可。根據(jù)論文中的描述，所要建立的模型是一個斜率為45度的小型邊坡，模型整體長度為900mm，整體高度為500mm，左側(cè)留土250mm，右側(cè)留土400mm，下側(cè)留土250mm。其他數(shù)據(jù)可由下左圖中得出。根據(jù)論文中提到的參數(shù)，，土的變形模量30MPa，內(nèi)摩擦角45度。將上述數(shù)據(jù)輸入即可將有限元軟件的計算模型建立完成。 某實驗?zāi)Ｐ蛨D plaxis數(shù)值模型本次模擬加載采用的是位移加載方式，通過規(guī)定變形，來讀取應(yīng)力的方式進行數(shù)據(jù)的獲取。通過加載所獲的的數(shù)據(jù)立圖表即可得到由有限元軟件模擬加載獲得的PS曲線（）進而與真實的實驗數(shù)據(jù)建立的PS曲線（）進行對照。 數(shù)值模擬結(jié)果 試驗結(jié)果然而僅僅依靠PS曲線并不能夠完全驗證研究方法的正確性，還需要比較兩種情況下的位移云圖以真正的確認研究方法的正確性。根據(jù)論文中給出的實驗數(shù)據(jù)，選取沉降量為20mm情況下的位移云圖進行對照（）。 數(shù)值模擬結(jié)果 試驗結(jié)果 根據(jù)上述四副圖片的對照可以很清楚的發(fā)現(xiàn)，通過有限元模型模擬加載所獲的數(shù)據(jù)與通過真實實驗所獲得的數(shù)據(jù)相差無幾，這樣也就有力的論證了，本文研究方法的正確性及科學(xué)性，為接下來的研究做出了很好的鋪墊。 研究思路 本文采用了新的筋材埋置方式，眾所周知在實際加緊邊坡的施工過程中，設(shè)計方與施工方往往為了方便起見統(tǒng)一筋材的埋深，使得筋材左邊沿與邊坡平行。但是這種方式對我們研究筋材埋深對邊坡的影響，并非十分有利。筆者認為，要研究筋材的埋深必須要保證每根筋材都能在最大程度上發(fā)揮作用。所以本文采用將筋材左端部對齊的方式進行建模,以保證每根筋材的埋深都能從較小值擴大的較為理想的狀態(tài)。2 筋材間距影響分析2．1 有限元模型建立 在上文中論文模型基礎(chǔ)上進行改造建立使用于本次研究的模型。為了保證變量即筋材的埋置間距相同又由于邊坡高度為250mm故而在選擇變量大小時只能夠選取可以被250整除的間距，故取間距變量分別為25mm，50mm，125mm，同時在建立模型的過程中應(yīng)注意保持其他各項指標的穩(wěn)定。 間距25mm時的模型 間距50mm時的模型 間距125mm時的模型2．2 模擬加載及數(shù)據(jù)整理對上述的三個模型分辨進行模擬加載，記錄其模型的變形及應(yīng)力數(shù)據(jù)建立PS曲線圖表如下()所示。 筋材間距ps曲線 從圖表中不難看出隨著間距的減小，邊坡的承載能力呈現(xiàn)出很強的規(guī)律性，即間距越小承載能力越強。 數(shù)值計算結(jié)果分析了解到現(xiàn)象之后我們所要做的就是，從其中發(fā)現(xiàn)更深層次的原因。只有知其然又知其所以然，才能更深層次的了解筋材間距對加筋筋邊坡影響。具體的分析方法我們需要借助的是plaxis軟件所計算出的位移云圖，以及塑性點的分布圖來進行分析。數(shù)據(jù)分析過程中得到的位移云圖如下()所示。 間距25mm時的位移云圖 間距50mm時的位移云圖 間距125mm時的位移云圖觀察上述位移云圖，可以發(fā)現(xiàn)當間距為25mm時，邊坡滑動帶陡峭并且延伸距離很小。而當間距為50mm時滑動帶角度變的平緩并且延伸距離變大，當間距為125mm時滑動帶角度變得更為平緩延伸距離更長了，甚至延伸到了加筋土邊坡表面。要分析產(chǎn)生上述現(xiàn)象的成因，首先就必須要了解邊坡土本身的條件，從建模初期的參數(shù)設(shè)置中可以得出邊坡土的內(nèi)摩擦角為34度而邊坡本身的坡度為45度，由于內(nèi)摩擦角遠小于邊坡本身的坡度，邊坡本身承載能力極差，極易進入塑性狀態(tài)。而在土中埋置入筋材后可以很明顯的提升土體本身的力學(xué)性能。正是因為這樣，在進行荷載傳遞分析時，筋材的作用是分析的重中之重。外部荷載分布在坡頂距邊界75mm175mm的地方。根據(jù)荷載在土壤中傳遞的原理，可以想象的到，荷載通過土體向下擴散傳遞，由于土體本身不能承受拉力，在荷載傳遞到無筋的位置時，并沒有什么存在能夠阻止其傳遞。但是當荷載傳遞到有筋材存在的位置時，由于筋材受拉使得荷載必須通過時筋材變形來講荷載傳遞下去，這樣一部分本該由下層土體承受的荷載被后來埋置進去的筋材消耗掉了。從另外的意義上說，這中筋材阻止了荷載向下傳遞的道路。明白了荷載的傳遞路徑以及筋材消耗荷載的原理，接下來需要分析的就是不同埋置間距之間的差距產(chǎn)生的原因。從上文中筋材消耗荷載的理解出發(fā)，可以很明顯的發(fā)現(xiàn)當埋置間距越小時，筋材數(shù)量增多，而同樣的荷載被消耗的次數(shù)也相應(yīng)的增多了，這就是為何筋材埋置的筋材間距越小，位移云圖中所表現(xiàn)出的滑動帶越陡越短，筋材作用十分明顯。而間距變大的情況下，位移云圖所表現(xiàn)出的滑動帶越緩越長，筋材作用并不顯著。 分析完位移云圖的區(qū)別，接著便看看在不同的埋置間距對邊坡的塑性點分響。由軟件計算得到的不同埋置間距條件下邊坡塑性點分布圖如下（）所示。 間距25mm時的塑性點分布 間距50mm時的塑性點分布 間距125mm時的塑性點分布觀察上述塑性點分布圖，可以很清楚的發(fā)現(xiàn)塑性點主要分布在邊坡的邊界部分，大體的規(guī)律是以邊界為起點向邊坡內(nèi)部擴散。這種現(xiàn)象的成因顯然是由于邊坡邊界的部分更容易產(chǎn)生拉力。通過觀察，可以發(fā)現(xiàn)向內(nèi)部擴散的程度不盡相同。間距為25mm時的邊坡塑性點分布面積較小，間距50mm是的邊坡塑性點分布面積較之間距25mm時的面積變大了些，而125mm時的塑性點分布面積已經(jīng)到了一個很大的程度。也就是說，隨著筋材間距的減小，筋材埋置的密度也在不斷的增大，這很大程度上增強了加筋邊坡的彈性模量，增強了土體抵抗變形的能力。通過上述分析，可以得出一個定性的結(jié)論：加筋邊坡中的筋材埋置間距越小，對邊坡的加強作用越好。但是，這種定性的結(jié)論對真正的設(shè)計施工工作并沒有多大的幫助。需要進行進一步的分析以得出一個定量的結(jié)論。首先從筋材的節(jié)省方面進行討論，從上文中的出的結(jié)論來看，間距越小，對邊坡的加強越大。但一味的減小間距顯然是不明智的，會造成很多的筋材浪費也會使得施工的難度大大增加，這就要求對筋材埋深間距的下限做出討論。通過上文中的ps曲線可以發(fā)現(xiàn)當埋深間距為25mm時變形30mm時對應(yīng)的應(yīng)力達到了550以上，而埋深間距為50mm時變形30mm時對應(yīng)的應(yīng)力只有300左右。結(jié)合在實際中的荷載情況，筆者認為當取間距為50mm時邊坡的承載能力較為適宜不會出現(xiàn)承載力不足或者材料的浪費問題。但是50mm對應(yīng)的坡高為250mm，是坡高的五分之一，因此可以得出結(jié)論在確定埋深間距時，筋材的埋深間距不宜大于坡高的五分之一。另一方面，當坡高很高時為了施工方便埋深的間距不宜過大，考慮到施工人員的身高影響建議埋深的間距不宜超過1m。通過上述結(jié)論，在設(shè)計工作中確定筋材埋深間距的過程將大大簡化，為加筋邊坡設(shè)計施工的科學(xué)化規(guī)范化做出了切實的努力。