土工格栅加筋土挡墙变形有限元分析

   Midas/GTS程序是由POSCO公司开发的针对岩土工程领域有限元软件。程序界面简洁，拥有强大前、后处理功能与材料模型库，可方便进行建模计算与网格划分。GTS（Geotechnical and Tunnel analysis System）包含了施工阶段的应力与变形分析和渗透分析等功能。
 

   建筑结构分析（Structural analysis）侧重于分析荷载的不确定性，选取不同荷载工况进行计算，进而对计算结果进行组合，选取最不利组合进行设计。与建筑结构分析不同，GTS（Geotechnical and Tunnel analysis System）更多关注施工阶段和工程材料本身的不确定性，即更多关注岩土的物理状态。岩土工程分析中应选用实体单元模拟岩体状态，力求符合岩土非线性特点以及地基土应力状态并真实再现施工阶段的施作过程。MIDAS/GTS不仅具有岩土分析所需的基本分析功能，并提供了包含最新分析理论的强大的分析功能，成为岩土工程分析与设计的优秀计算程序。 

 

   岩土材料在荷载作用下会产生相应的变形，根据卸载后材料变形能否恢复可分为弹性变形与塑性变形。当所受荷载较小时，岩土应力-应变符合弹性关系，即材料产生弹性变形；当所受荷载大于材料屈服强度，其应力-应变关系变现为非线性，即材料产生不可恢复的塑性变形，其应力应变关系由塑性理论中的增量法求解。岩土材料应力-应变关系可分为三种类型：理想弹塑性、应变硬化与应变软化。 

 

   MIDAS/GTS程序中设置了特有的土工格栅单元，可方便的对其进行应力与变形分析。假设格栅单元所受应力均匀分布，且与轴线保持垂直的截面，发生位移后保持垂直，并且原截面各点仍保持在截面上。MIDAS/GTS土工格栅为一维单元，且只承受轴力作用。 http://www.fcsnews.com 肥城热线网，，肥城不一样的娱乐网站

 

   填土材料与土工格栅间发生相对位移，总体来看二者变形是不连续的，为进行有限元计算需要设置接触面单元。MIDAS/GTS程序设置了接触单元-Goodman单元可方便模拟不同材料或刚度相差较大的材料连续性。在一定荷载作用下不同材料产生相对错动滑移、脱离接触以及周期性张开与闭合。为了有效的模拟接触面性态，必须在接触面上设置接触单元-Goodman单元。 

  加筋土挡墙变性影响因素分析 

　　
   土工格栅加筋有效控制了挡墙水平位移的发展，加筋土挡墙水平位移的影响因素包括：（1）加筋长度；（2）加筋间距；（3）路基填料等。下面分别对每项影响因素进行分析比选，保证加筋效果的发挥。 

 

　　现行加筋土挡墙设计规范并未规定加筋间距的确定方法，在实际施工过程中，从安全的角度出发采取较为保守的加筋方式，加筋间距偏小，从而造成一定的筋材的浪费。加筋间距对挡墙水平位移的控制有重要影响。在某加筋长度值范围内，加筋间距越小，筋、土界面摩擦越大，加筋对挡墙水平位移的控制效果越明显。分别选取加筋间距0.4m，0.8m，1.2m，对比分析路基水平位移的控制效果。 
 

　　经分析可得出： 

　　（1）格栅长度8m相对于4m，6m，挡墙的水平位移得到了明显控制，起到了预期的加筋效果。 

　　（2）加筋长度8m与12m相比位移变化不大，相对于筋长8m，12 m时加筋效果不明显，故土工格栅加筋土挡墙的加筋长度控制在4～6m较为理想。 
 

　　加筋土挡墙主要通过格栅与填土摩擦作用，改善路基的变形条件并提高路基土体的整体性，故填土的力学性质也是影响加筋效果的重要因素。
 

　　粉煤灰作为一种轻质填料、实现了工业废料的再利用，即经济又环保。在高速公路挡墙施工中粉煤灰得到广泛应用，由于其轻质透水理性质，粉煤灰可以作为加筋土路基工程中优先选用的填料。也应该看到压实度是粉煤灰强度的重要指标，在施工过程中应加以关注。 

 

　　通过MIDAS/GTS岩土有限元分析软件进行数值计算，对加筋土挡墙的应力与位移场进行研究，在此基础上分析加筋效果的影响因素，可得如下结论： 
 

　　（1）挡墙水平位移分布表现为中间较大而两端较小，宏观上表现为鼓状。土工隔栅使得水平位移最大值发生在墙体中部而非路基底部。土工隔栅的施作改善加筋土挡墙的位移场分布状况，有效约束路基填土的水平位移的发展，提高加筋土挡墙的稳定性，这与现场实验结果基本吻合。 
 

　　（2）土工隔栅加筋增强挡墙路基的整体性，产生明显的薄膜和网兜效应，在挡墙路基中形成托举力，有效改善了竖向土压力的分布，有利于减少不均匀沉降和挡墙路基病害。 
 

　　（3）土工格栅拉筋所受最大拉力随着填筑高度的增大的先增大后减小，在挡墙高3m左右土工格栅的轴力达到最大值；这与挡墙鼓出变形的不利位置相一致，说明土工格栅起到了明显的加筋效果。 
 

　　（4）随着加筋长度的增大，挡墙的水平位移得到了明显控制，起到了预期的加筋效果，土工格栅加筋土挡墙的加筋长度控制在4～6m较为理想。 
 

　　（5）加筋土挡墙主要是通过格栅与填土摩擦的作用，改善路基的变形条件并提高路基土体的整体性，与粘性土相比，粉煤灰作为路基填料时的挡墙的水平位移相对较小，加筋效果比较明显。联谊工程材料http://www.tggs.com.cn