新大洲土工格栅
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模块式土工格栅加筋石灰土挡墙有限元分析

澳门太阳集团2007网站:admin  发布时间:2016-08-09  点击:1313

为了进一步研究在软土地基上以石灰土为填料的模块式土工格栅加筋土挡墙 在施工过程中的应力场和位移场,本节将采用非线性有限元对土工格栅加筋土挡 墙进行仿真计算,与现场试测结果进行比较,验证理论分析方法的可靠性。

7.4.1计算模型的建立

选取K56+965断面建立有限元模型。根据挡墙的实际受力状态,研究计算 按平面应变问题考虑。计算分析中,指定路堤和地基均为符合莫尔-库仑屈服准则 的理想弹塑性材料,并在程序中指定地基土为多孔介质材料。

(1)模型几何尺寸

加筋土挡墙高度为5. 7m横断面宽度为路面宽度的一半,即13m自墙底坡 脚处向外延伸10 m基础向下延伸3. 0 m0模型外形见图7. 41

 

 

 

 

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7. 41平面弹塑性有限元模型


 

(2)        模型网格划分

ADINA的网格划分算法是基于线条分段。网格划分密度表达了单元沿线段 的间隔长度或个数。考虑到模拟施工步,加人土工格栅并设接触单元,取单元高度 为0. 25m宽度0. 25m模型中二维实体单元采用四结点单元,一维杆单元采用二 结点单元。

(3)        计算参数的确定

有限元分析中使用的材料参数是通过室内试验得到的,如表7.1所示。

(4)        施工逐级加载

荷载为挡墙自重。在常规的应力与变形计算中,假定荷载一次施加,则荷载的 每一部分都由全结构来承担。实际上,在挡墙逐级施工加荷过程中,施工到某一高 度,只有该高度以下已填筑土体来承担这部分荷载,对尚未填筑的上层土体没有任 何作用,上层土体不受下层土体的影响。在程序中通过单元生死来实现这一点,根 据实际填筑过程在相应的时间激活相应的土层,只对已填筑的土体划分单元形成 网格。

7.1材料参数

部位

性模量/MPa

泊松比

摩擦角/(°)

渗透系数八cm*S-i)

黏聚力/(kPa)

黏性土

25

0.3

30

4. 0E-7

22

石灰土

32

0. 27

25

5. 0E-7

82

地基土

45

0.3

35

4. 0E-6

20

A型格栅

1 258

0

-

-

B型格栅

2 017

0

-^

-

-

 

(5)边界条件

挡墙外表面指定为排水边界条件(孔隙水压力为零),地基底部和外侧指定为 非排水条件(不扩散边界)地基底部和外侧的位移在水平和竖直方向均固定 为零。

7.4.2垂直土压力特征

当填土高度为1. 6m3. 2m4. 8m时,有限元计算的基底垂直应力大小沿拉 筋长度的分布以及对应高度的现场测试结果如图7. 42和图7. 43所示。

至墙面的水平距离/m 7. 42施工期基底垂直应力沿筋长分布


 

1)基底垂直应力随填土度的增加而增大,计算结果与实测结果均显示出应力 增量基本相同。基于土工格栅的应力扩散作用和受荷后的网兜效应,使得不同 填土高度的垂直应力均小于按照H ? h公式计算的理论数值。


7.43基底垂直应力分布云图


 

2)  由于加筋土体的自重(垂直应力)、非加筋土体产生的侧向土压力、在墙面 背后的土拱效应(受到混凝土模块摩擦力的影响引起)以及筋/ 土相互作用等原因, 实测基底垂直应力在墙面背部数值较大,向拉筋末端方向逐渐减少。而有限元计 算结果显示,基底垂直应力沿拉筋长度方向基本呈均匀分布,与目前规范设计所采 用的线性分布情况基本相同9这可能是由于在有限元计算中对边界条件简化 之故。

7.4.3墙背侧向土压力特征

7. 44为墙面所受侧向土压力的有限元i十算结果、断面实测结果以及主动土 压力和静止土压力计算结果比较图,图7. 45为墙面侧向土压力分布云图。

±ffi*/kPa

7. 44侧向土压力沿墙髙的分布曲线


 

7, 45墙背侧向土压力分布云图


 

从上述图中可以看出,有限元计算结果显示侧向土压力沿墙高呈非线性型式 分布,并且其数值均小于各断面实测侧向土压力,最大土压力位置较实测值靠近墙 底。在有限元计算中,并未考虑实际的施工过程的影响,使其计算的墙面水平变形 较实测结果偏大,从而导致侧向土压力偏小。

7.4.4    土工格栅拉筋变形特征

7. 46?图1. 48K56 + 965断面第21层、第9层和第3层拉筋应变沿筋 长分布的有限元计算结果,同时将该断面的现场实测结果及相应高度拉筋的拉力 沿筋长分布情况也在图中一并表示。

 

?' -? 0‘9m(夹测) Mm傅限元:

/\

卿)

-A-0.7m(WIS7C)

 

0.3m(实節

o.sittrtrPiTd)

至墙面的水平距离/m 7. 46 K56+96521层拉筋应变沿筋长分布


 

有限元计算结果显示,随着拉筋上覆填土厚度的增加,拉筋应变增大,其增大 幅度大于现场实测结果。其主要是因为在有限元计算中没有考虑施工时振动压路 机的影响。现场实测结果显示拉筋应变主要发生于施工过程,竣工后的应变很小, 并且应变主要是拉筋上覆第一层填土施工引起。同时拉筋应变增长量在墙面处和

至墙面水平距离/m 7. 47 K56+9659层拉筋应变沿筋长分布


 

7. 48 K56+9653层拉筋应变沿筋长分布


 

拉筋尾部很小。当填土厚度变化时,每层拉筋拉力沿筋长方向的分布规律大致保 持不变,但不同层位拉筋的拉力沿筋长的分布不尽相同。

7.4.5墙体潜在破裂面特征

7. 49为不同方法确定的加筋土挡墙潜在的破裂面位置。

从图中可以看出,有限元计算结果表明,墙背潜在破裂面沿墙高成曲线分布。 墙高上部形状与实测结果较为接近,墙高下部与“0. 3H”法较为接近,与实测值偏 离较大,靠近墙背。其原因可能是在有限元计算中墙被填料统一按照灰土进行计 算,没有考虑实际工程中墙髙下部填料为灰土与素土的台阶式填筑。



 

距墙面水平距离/m 7. 49潜在破裂面位置

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