【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 離心模型試驗(yàn)，并結(jié)合數(shù)值分析的方法，研究了添置格柵的諸多因素對(duì)路堤邊坡的穩(wěn)定性的影響。 ， （ 20xx） [20] 他在離心試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭醒芯考咏钸吰略谪Q向荷載的作用下的破壞特點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中和通過(guò)數(shù)字成像技術(shù)記錄了土體的位移變化狀況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明土體應(yīng)力的峰值在荷載的正下方。 ， （ 20xx） [21] ， JianFeng Chen， SongBo Yu （ 20xx）[22] 利用離心模 型試驗(yàn)研究軟土地基上的格柵加筋路堤，在試驗(yàn)中監(jiān)測(cè)路堤沉降、土壓力和孔隙水壓力，加筋路堤在表面自下出現(xiàn)不同程度的裂縫。 ， （ 20xx） [23]他在這個(gè)離心試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭胁捎昧瞬煌诤奢d加載的加載方式，轉(zhuǎn)而采用使之產(chǎn)生不均勻沉降的加載方式。試驗(yàn)證明地基的不均勻沉降對(duì)于邊坡整體的穩(wěn)定性并無(wú)很大的影響，位移的峰值在不均勻沉降處產(chǎn)生。 大型現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究現(xiàn)狀 王曉鵬，史鋒，郭宇楠（ 20xx） [24] 針對(duì) 5 種工況的格柵加筋路堤邊坡進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)各種工 況下土壓力、格柵應(yīng)變和路堤沉降進(jìn)行跟蹤觀測(cè)，并比較分析了格柵應(yīng)變、土壓力和沉降的變化規(guī)律，進(jìn)而研究了加筋層數(shù)及加筋類型對(duì)路堤結(jié)果性能的影響。 楊廣慶 ,周亦濤等 (20xx) [25] 對(duì)某高速公路加筋土擋墻水平土壓力和土工格柵拉筋位移進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試。研究表明，施工期間土工格柵加筋土擋墻墻背土壓力隨填土高度的增加而增大，其數(shù)值均小于理論計(jì)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(guò)渡區(qū)，其工程特性逐漸向非加筋體填土過(guò)渡 。 研究?jī)?nèi)容 包裹式加筋邊坡通過(guò)向土體中添置柔性筋材增強(qiáng)邊坡承載能力，具有造價(jià)低廉、施工簡(jiǎn)便、與邊坡綠化緊密結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，受到其受到作用力時(shí)的破壞機(jī)制仍不明確的影響，設(shè)計(jì)理論尚不完善，往往都是根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。顯然，這樣的設(shè)計(jì)明顯的缺乏理論的佐證。 本文通過(guò) plaxis 有限元軟件，對(duì)某一包裹式加筋邊坡模型的筋材埋置深度，筋河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 5 材埋置間距等參數(shù)進(jìn)行分析，進(jìn)而從中得出結(jié)論，以期為日后的包裹式加筋邊坡設(shè)計(jì)提供理論的佐證。 研究方法 由于缺乏實(shí)驗(yàn)的器材，本課題的研究是通過(guò)有限元軟件來(lái)進(jìn)行的。但是，必須承認(rèn)的是有限元軟件模擬加載所得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)同真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比是存在很大的誤差的。故而，在進(jìn)行本課題的研究之前，必須對(duì)我們的研究方法進(jìn)行驗(yàn)證，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性。 模型參數(shù) 校核 同濟(jì)大學(xué)李飛前輩在其博士論文中詳述了一個(gè)包裹式加筋邊坡的荷載實(shí)驗(yàn)過(guò)程。通過(guò)有限元軟件建立該實(shí)驗(yàn)中的模型進(jìn)行模擬加載，將獲得的 PS 曲線同論文中給出的曲線進(jìn)行對(duì)照即可。 根據(jù)論文中的描述，所要建立的模型是一個(gè)斜率為 45 度的小型邊坡，模型整體長(zhǎng)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)，土的重度，土的飽和重度為 ，土的變形模量 30MPa，泊松比 ，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(jì)算模型建立完成，如下圖 和 所示。 圖 某實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛨D 圖 plaxis 數(shù)值模型 本次模擬加載采用的是位移加載方式，通過(guò)規(guī)定變形，來(lái)讀取應(yīng)力的方式 進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取。通過(guò)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（圖 ）進(jìn)而與真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立的 PS 曲線（圖 ）進(jìn)行對(duì)照。 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 6 圖 數(shù)值模擬結(jié)果 圖 試驗(yàn)結(jié)果 然而僅僅依靠 PS 曲線并不能夠完全驗(yàn)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(rèn)研究方法的正確性。根據(jù)論文中給出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選取沉降量為 20mm 情況下的位移云圖進(jìn)行對(duì)照 （圖 和圖 ） 。 圖 數(shù)值 模擬結(jié)果 圖 試驗(yàn)結(jié)果 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 7 根據(jù)上述四副圖片的對(duì)照可以很清楚的發(fā)現(xiàn)，通過(guò)有限元模型模擬加載所獲的數(shù)據(jù)與通過(guò)真實(shí)實(shí)驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)相差無(wú)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(lái)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(shí)際加緊邊坡的施工過(guò)程中，設(shè)計(jì)方與施工方往往為了方便起見(jiàn)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(duì)我們研究筋材埋深對(duì)邊坡的影響，并非十分有利。筆者認(rèn)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(duì)齊的方式進(jìn)行建模 ,以保證每根筋材的埋深都能從較小值擴(kuò)大的較為理想的狀態(tài)。 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 8 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(jìn)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(shí)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(shí)在建立模型的過(guò)程中應(yīng)注意保持其他各項(xiàng)指標(biāo)的穩(wěn)定。建立模型如圖 。 圖 間距 25mm 時(shí)的模型 圖 間距 50mm 時(shí)的模型 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 9 圖 間距 125mm 時(shí)的模型 2． 2 模擬加載及數(shù)據(jù)整理 對(duì)上述的三個(gè)模型分辨進(jìn)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 (圖 )所示。 圖 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(qiáng)的規(guī)律性，即間距越小承載能力越強(qiáng)。 數(shù)值計(jì)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(duì)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(jì)算出的位移云圖，以及塑性點(diǎn)的分布圖來(lái)進(jìn)行分析。河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 10 數(shù)據(jù)分析過(guò)程中 得到的位移云圖如下 (圖 )所示。 圖 間距 25mm 時(shí)的位移云圖 圖 間距 50mm 時(shí)的位移云圖 圖 間距 125mm 時(shí)的位移云圖 觀察上述位移云圖，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)間距為 25mm 時(shí)，邊坡滑動(dòng)帶陡峭并且延伸距離河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 11 很小。而當(dāng)間距為 50mm 時(shí)滑動(dòng)帶角度變的平緩并且延伸距離變大，當(dāng)間距 為 125mm時(shí)滑動(dòng)帶角度變得更為平緩延伸距離更長(zhǎng)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(yuǎn)小于邊坡本身的坡度，邊坡本身承載能力極差，極易進(jìn)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?yàn)檫@樣，在進(jìn)行荷載傳遞分析時(shí)，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(guò)土體向下擴(kuò)散傳遞，由于土體本身不能承受拉力，在荷載傳遞到無(wú)筋的位置時(shí)，并沒(méi)有什么存在能夠阻止其傳遞。但是當(dāng)荷載傳遞到有筋材存在的位置時(shí)，由于筋材受拉使得荷載必須通過(guò)時(shí)筋材變形來(lái)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(lái)埋置進(jìn)去的筋材消耗掉了。從另外的意義上說(shuō)，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(lái)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(dāng)埋置間距越小時(shí)，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(dòng)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(dòng)帶越緩越長(zhǎng)，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(duì)邊坡的塑性點(diǎn)分響。由 軟件計(jì)算得到的不同埋置間距條件下邊坡塑性點(diǎn)分布圖如下（圖 ）所示。 圖 間距 25mm 時(shí)的塑性點(diǎn)分布 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 12 圖 間距 50mm 時(shí)的塑性點(diǎn)分布 圖 間距 125mm 時(shí)的塑性點(diǎn)分布 觀察上述塑性點(diǎn)分布圖，可以很清楚的發(fā)現(xiàn)塑性點(diǎn)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(diǎn)向邊坡內(nèi)部擴(kuò)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(guò)觀察，可以發(fā)現(xiàn)向內(nèi)部擴(kuò)散的程度不盡相同。間距為 25mm時(shí)的邊坡塑性點(diǎn)分布面積較小，間距 50mm是的邊坡塑性點(diǎn)分布面積較之間距 25mm時(shí)的面積變大了些，而 125mm 時(shí)的塑性點(diǎn)分布面積已經(jīng)到了一個(gè)很大的程度。也就是說(shuō)，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(qiáng)了加筋邊坡的彈性模量，增強(qiáng)了土體抵抗變形的能力。 通過(guò)上述分析，可以得出一個(gè)定性的結(jié)論：加筋邊坡中的筋材埋置間距越小，對(duì)邊坡的加強(qiáng)作用越好。但是，這種定性的結(jié)論對(duì)真正的設(shè)計(jì)施工工作并沒(méi)有多大的幫助。需要進(jìn)行 進(jìn)一步的分析以得出一個(gè)定量