加筋陡坡模型试验与复合单元分析研究

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本文结合广东省交通厅科技项目“山区公路高填方加筋陡坡及环境保护技术研究”,对一座12m高的分级台阶式加筋土陡坡进行了现场试验研究,按1:2的比例进行了室内模型试验,并采用复合单元进行数值计算。获得了以下的主要研究成果; (1)本文应用复合介质理论,将土工格栅和土体视作一种复合材料,加筋土视为交替正交层系,推导出了筋土复合单元的弹性矩阵和泊松比,并根据格栅加筋土陡坡的结构特点引入了“应变相容”的基本概念,然后基于交替正交层系导出了筋土复合材料的弹性矩阵,从而建立了加筋陡坡的复合单元有限元计算模型。通过计算可获得加筋土结构物内部的应力场和位移场,很容易确定最不利位置和破坏面。 (2)通过模型试验和复合单元有限元计算分析得到,拉筋的作用是约束水平位移,而影响竖向位移的是顶部加载和填土容重,拉筋对竖向位移影响很小。 (3)加筋土陡坡内的有效剪应力和压应力,对于模型试验一、试验二在台阶交接处的应力比较集中,这对陡坡的稳定和变形是不利的,此处的填土受压较大,土体容易进入塑性区。模型试验三、试验四的有效剪应力和压应力在陡坡上部靠近面板处比较集中,此处土体容易进入塑性区。 (4)模型试验实测出的筋带拉力与复合单元有限元计算出的筋带拉力基本吻合,拉力沿着筋带长度方向分布是不均匀的。对于台阶式加筋陡坡,由筋带的最大拉力绘制出的加筋陡坡的潜破裂面与规范规定的0.3H法规定的不相同,它较接近于对数螺旋线,但对数螺旋线起点不是挡墙前趾,由前趾向内偏移一定距离。 (5)将复合单元有限元计算的结果与模型试验实测的数据进行比较表明,虽然有部分有限元计算结果大于实测结果,但是用复合单元有限元分析的总体位移的变形趋势和应力分布特征与实测结果是相吻合的,故采用复合土体的有限元分析模型是可行的。
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