土工格栅加筋土挡墙数值分析与优化设计

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土工格栅加筋土挡墙结构,由于具有良好的经济效益、施工简便、地基的适应性强、地基处理简单、抗振动性好、造型美观且无环境污染等特点,被广泛应用于公路、铁路、建筑、水利等领域的工程实践中。然而,其工作性能涉及到强度、变形和稳定性三个方面的问题,在实际工程中尚未得到合理的解决。本文以河池机场加筋高挡墙为原型,运用ADINA有限元分析软件建立数值计算模型探讨了土工格栅加筋高挡墙的受力和变形特性,并从填料性质、加筋情况和挡墙形式与构造三个方面对加筋土挡墙侧向位移的影响进行分析,得出了一系列有益的结论,对于完善土工格栅加筋土挡墙的理论体系,指导实际工程的设计与施工具有一定的借鉴作用。本文所做的主要工作如下:(l)回顾了加筋土挡墙的发展及研究现状,总结了加筋材料的分类及工程特性,深入探讨了土工格栅与土的界面特性、加筋机理,以及加筋土结构设计的方法;(2)通过大三轴试验、直剪摩擦试验和拉拔试验,对不同土工格栅加筋土的宏观强度特性,界面特性和筋材的抗拉强度进行探究,试图对土工格栅的加筋机理有更深刻的理解,也为后续数值计算提供相关参数。(3)运用ADINA有限元分析软件,依托河池机场加筋高挡墙,建立了能够模拟逐层填筑和分级加载过程的筋土分离式弹塑性数值计算模型,其中土工格栅采用弹性线性rebar单元,不考虑筋土之间的相对位移。通过分析,了解了加筋土挡墙的应力应变分布规律,塑性区分布、筋材的拉力分布以及挡土墙的破裂面形式。计算表明:加筋使挡墙的应力分布均匀化,位移尤其是侧向位移受到控制,塑性区较小,增强了结构的整体稳定性。(4)以河池四级加筋高挡墙为模型,研究填料性质(c、φ、ρ、 s)、加筋情况(加筋长度L、加筋间距d、筋材弹性模量g)、挡墙形式(分级台阶高度H、宽度D及坡度A)及构造措施,如:墙趾放大基础,碾压层等对挡墙的侧向位移的影响。(5)根据上述敏感性分析,得出:填料与加筋材料的选取原则,加筋的合理布设长度与间距,以及挡墙的最优形式和构造措施。对于填料,应优先选用级配良好的砂砾类土,拉筋的选择应既能保证足够的抗拉强度,又能与土体有很好的摩擦互锁能力。合理的加筋长度为0.5H~0.7H,加筋间距宜取0.4m~0.5m。挡墙下部应力和应变较大,因此,可以对下部加筋进行加密或加长,以保证筋材能够提供足够的锚固力,约束土体变形,增强挡墙整体稳定。对于加筋高挡墙,一般采用分级斜坡式,单级墙高最好不超过15m,设置台阶宽度3m~5m为宜,坡度控制在70o~80o之间,使挡墙不易形成贯通塑性区,而又占地最少。另外,挡墙在墙趾处水平位移最大,易从墙趾处滑出破坏,因此可在挡墙墙趾处设置放大基础,起到控制挡墙滑移破坏的作用。
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