1、设计原理及假设
所谓的加筋土挡墙是指在土体中加入筋材, 借助筋材与土体之间的相互作用, 使土体的变形条件以及特性都能够得到很好的改善, 从而实现对土体稳定性的提升, 这种加固方式是类似于混凝土与钢筋共同作用的一种形式, 通过对填料中的填土以及筋材加以布置, 来使土体的支挡结构稳定。本文中引用的计算式以及土压力理论多是在半空间的前提下建立的, 由于土体的填料是洁净的粗粒料, 因此可将其近似看成弹性体。
由于土粒之间存在相互作用力, 因此其稳定性也会维持在较小的坡度范围内, 但是当坡角处于一定的临界值时, 由于受到外部环境或者压力的影响, 会导致土体的整体结构产生坍塌或者变形的现象, 为了保证土体在到达一定的临界坡度之后仍然具有较强的稳定性, 就需要沿着应变的方向在土体中埋设延伸性较强的筋条, 从而使其形成加筋土, 来保障土体的延伸性。土体与筋条之间的负荷作用力, 能够有效的克服土体的抗剪强度, 同时还能够缓解土体的抗拉弱点, 以此来增强土体结构的稳定性。Henri等人对筋带与土体之间的相互作用原理进行了更进一步的研究, 发现二者之间存在的相互作用力也就是所谓的摩擦加筋原理。
将Henri等人得出的设计原理作为理论研究的依据, 在对加筋土挡墙的稳定性进行分析以及计算的过程中得出了如下的假设:
(1) 加筋土挡墙可以承受来自后方土体产生的压力, 因此, 可以将加筋土挡墙假设成钢性土挡墙整体;
(2) 使筋体与土体之间的摩擦系数保持不变;
(3) 外力以及土体自重在筋体的有效长度上产生的摩擦阻力呈等效分布状态, 并且加筋体受到的荷载力, 能够在整个拉筋长度上均匀的分布;
(4) 由于挡土墙的材质多为砂类土体, 因此就可以使用准粘聚力理论。
2、加筋土材质分析
对加筋土挡墙的内部稳定性进行分析, 首先就需要借助极限平衡理论来对筋材的延伸率以及抗拉强度进行计算, 计算其是否满足土体稳定性的要求, 分析内部稳定性时, 主要在基本假定、适用对象、滑裂面选取以及计算侧向土压力等各个方面。
多数的加筋材料, 由于其抗弯刚度较小, 并且承受着一定的轴向拉力, 因此将其当成柔韧性较强的筋材, 筋材对轴向拉力的吸收程度, 在加筋土体中取决于轴向抗拉强度。通常情况下所用的筋材主要有合成材料筋材、天然材料筋材、复合筋材以及金属筋材等, 筋材的透水性能、抗拉性能、耐久性以及抗腐蚀等方面的性能, 对于土体与加筋土挡墙筋材之间的共同作用力下产生的稳定性都会有一定程度的影响。
作为加筋土体的重要组成部分, 土体中填土材质的选择, 同样也影响着加筋土体的稳定性, 通常情况下所使用的砾石土以及砂类土, 不仅需要对填土碾压过程中土粒与筋材的摩擦力加以考虑, 同时还得考虑碾压密实度, 此外, 还需要考虑到砾石或者砂类土相对于黏土的透水性, 以此来有效降低加筋土体中存在的空隙水对整体内部结构稳定性产生的影响。
3、稳定性分析
土挡墙的整体稳定性受到内外部稳定性共同作用, 如果其中的任意一项超过对标准要求, 就会对整体结构产生破坏, 因此, 对加筋土挡墙的整体稳定性以及结构进行分析, 是确保其安全的重要前提, 直接决定着方案的优化以及改进。通过对土挡墙的外部稳定性进行计算, 能够对土挡墙的抗滑移力以及地基的承载能力进行计算, 然后再对内部结构的稳定性进行分析, 从而确保加筋土挡墙处于极限平衡状态, 以保障土挡墙符合整体稳定性的要求。
3.1、外部稳定性分析
土挡墙的外部结构稳定性直接受到自己承载力以滑移力的影响, 在对外部稳定性进行分析计算时, 可以将该土挡墙当成整体重力式土挡墙, 同时也可以将其当成钢体使其承受外部荷载或者外界环境的作用力, 在满足分项安全系数的基础上, 可以对这些作用效果进行计算分析。就常规的计算结果而言, 加筋土挡墙除了要承受自身对地基土的作用力之外, 同时还承受着底部滑移面的作用。因此, 在对其承载能力进行计算时, 不仅要进行常规计算, 同时还应该结合外部的环境, 对其进行分析, 然后对加筋土挡墙的整体承受力进行综合判定。
3.2、内部稳定性计算
计算内部稳定性也就是确保加筋土挡墙在外力以及填土自重的共同作用下, 能够具有较强的稳定性, 从而对加入的筋体的内部结构进行计算, 这种计算主要是对材料的延伸率以及抗拉强度的计算。会对加筋体的稳定性产生影响的主要因素有加筋体的尺寸、截面形状、长宽比例以及布置间距等。在对其进行验算时, 可以将土体的压力当成作用力, 同时需要将筋材的摩擦力当成抗拔力, 对于土体与筋材之间的摩擦系数, 则需要通过试验来确定, 并且要对全墙的抗拉强度进行验算。最终需要将筋材的力学参数同计算结果进行比对, 从而选用合理的筋材开展设计工作。
结束语:
以上筋材稳定性的计算, 都是在有限元软件的基础上对数值进行的模拟分析, 借助有限元软件对数值进行模拟分析, 不仅能够对岩土工程进行有效的计算, 同时还可以避免资源的浪费, 节约时间成本。随着有限元软件的不断改进以及数值分析的不断发展, 有限元软件的计算结果将逐渐趋于精确化, 同时能够给工程设计以及科学研究提供可靠的基础。因此, 在加筋土挡墙等工程中运用有限元软件, 将是一种发展趋势。
摘要：综合加筋土挡墙的计算方法和理论以及有限元数值分析得出了, 加筋土挡墙与没有加入筋材的坡率相同的土质相比, 稳定性明显要高, 但是受到筋材力学参数以及填土土工参数以及布设形式的应影响效果比较明显。本文通过对加筋土挡墙进行分析研究, 来对加筋土挡墙的使用以及设计提供对应的参考。
关键词：加筋土挡墙,筋材,作用机理,稳定性,侧向变形,优化设计
参考文献
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