土工格柵加筋陡邊坡變形及穩定性分析★

趙振華 薛曉輝

(1.貴州師范大學材料與建筑工程學院，貴州貴陽 550001; 2.陜西鐵路工程職業技術學院，陜西渭南 714000)

近年來隨著我國基礎建設的快速發展，在建及改擴建公路建設項目越來越注重環保，如何在工程建設中既節省工程占地面積，又能美化環境，同時還能降低工程造價成為工程設計發展的新方向。土工格柵作為一種加筋材料已經廣泛應用于工程建設項目中，同時在高陡邊坡工程中已開始應用，以解決高速公路在跨越地形較陡路段時的邊坡穩定問題，從而保證施工安全、邊坡穩定及工程質量。土工格柵加筋高陡路堤邊坡工程不但可以極大地減少土石方工程量，同時在縮短工期、少占農田等方面具有極大優勢，還能取得較好的經濟效益和環境效益。

文中通過數值模擬的手段建立土工格柵加筋高陡路堤模型，對土工格柵加筋高陡路堤邊坡的變形特性及穩定性進行了分析。

1 建立土工格柵加筋高陡路堤計算模型

1.1 計算模型的確定

選取邊坡坡度為1∶0.75，路堤邊坡模型見圖1，圖2，邊坡尺寸見表1。

圖1 高陡路堤未加筋模型

圖2 高陡路堤加筋模型

表1 邊坡尺寸 m

在數值模擬軟件中，將該加筋土陡堤簡化為平面應變問題進行分析。其中地基和填料都采用摩爾—庫侖材料模型模擬，土工格柵體采用反包式，軟件中路堤邊坡面采用軟件中墻面板單元進行模擬;土工格柵采用2-node桿單元模擬;土工格柵和填料、填料與面板之間的接觸面采用Goodman接觸單元來模擬。有限元分析中用到的材料參數通過室內常規土工試驗得到，如表2所示。

表2 材料參數

1.2 網格劃分及邊界條件

PLAXIS程序提供了6節點三角形單元和15節點三角形單元，而15節點單元是一種非常精確的單元，可以得出精度很高的應力計算結果，因此，計算中采用15節點單元為基本單元，PLAXIS的網格生成是基于穩定的三角形分割程序，形成的是“非結構化”網格，這種網格的數值計算一般優于規則“網格”。生成的網格如圖3所示。

圖3 模型網格劃分及邊界條件

邊界條件:Ⅰ—Ⅰ斷面X=0，Y=0;Ⅱ—Ⅱ，Ⅲ—Ⅲ斷面X=0。

2 計算結果分析

2.1 加筋沉降的影響

圖4 路堤頂面沉降

從圖4，圖5可以看出，加筋對路堤沉降影響很大，對于未加筋路堤，沉降最大位置在路堤頂面中心位置，為0.554 m，沉降沿遠離中心位置逐漸減小，但減小幅度很小;加筋后陡堤沉降最大位置依然在中心位置，分別為0.32 m，但沿遠離中心位置減小幅度較大，對比數據后得出加筋后可減小路堤頂面中心位置沉降40%以上，最遠端沉降可減小50%，加筋效果顯著。對于路堤底部沉降，未加筋地基沉降規律為路堤中間豎向沉降量最大，遠離路堤中心位置豎向沉降量依次減小，且坡腳處沉降和路堤中位置差異沉降較大。加筋處理后，沉降趨于均勻，基本不存在差異沉降，整個沉降趨于平緩，沒出現差異沉降。

圖5 路堤底面沉降

根據以上數據及分析可以得出，加筋后不但較大減小了路堤的豎向沉降，同時改變了沉降規律，從原有的整體式下沉規律，變為中間沉降大，兩邊沉降小的新沉降規律。可見，反包式加筋，起到了土兜效應，將土體兜在一起，形成一個整體，沉降主要集中在中心位置，兩側沉降反而減小了。經加筋處理后，地基沉降趨于一致，差異沉降基本消失，可見加筋對減小下臥軟基差異性沉降起到了極大的作用。

2.2 危險滑動面及安全系數分析

軟件中提供了邊坡安全系數計算功能，通過安全系數的計算可以測算出路堤陡邊坡的安全系數。計算結果見圖6，圖7及表3。

圖6 未加筋路堤安全系數

圖7 加筋后路堤安全系數

表3 安全系數

根據計算結果可以得知，在未加筋的情況下，邊坡處于失穩破壞狀態，而加筋后邊坡處于穩定安全狀態。

3 結語

通過建立二維有限元加筋高陡路堤模型，進行數值模擬，對路堤沉降及穩定性進行了分析，得出如下結論:1)改變路堤填土沉降變形規律。路堤由原來整體式下沉方式，變為中心沉降大，兩側逐漸減小的新沉降規律，同時減小了路堤整體的沉降量。2)改變了地基的沉降規律。地基沉降由不加筋時路堤底面中心沉降大，兩邊小，且差異沉降大，變為加筋處理的地基整體式下沉，差異沉降基本消失。3)加筋后對于高陡路堤的穩定性具有加強作用。

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