土工格柵加筋擋土墻穩定性研究

張 敬 文

(四川元豐建設項目管理有限公司，四川 成都 610061)

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土工格柵加筋擋土墻穩定性研究

張 敬 文

(四川元豐建設項目管理有限公司，四川 成都 610061)

通過MIDAS/GTS有限元軟件，數值模擬了土工格柵加筋擋土墻的穩定性，分析了在不同土層位置上土工格柵加筋擋土墻水平位移及拉應力的變化情況，為土工格柵在加筋擋土墻中的應用提供了依據。

土工格柵，MIDAS/GTS，加筋擋土墻，拉應力

土工格柵是一種用聚丙烯、聚氯乙烯等高分子聚合物經熱塑或模壓而形成的片網狀結構物。它具有變形量大、耐腐蝕性強、抗老化、耐久性好等優點，廣泛的應用在道路、邊坡防護等工程中，并在實際工程中取得顯著的成效。但是土工格柵在實際工作工程中，其力學性能對結構影響較大，因此對其受力過程的研究顯得十分重要，很多學者、專家也對其變形、強度、筋土作用進行了許多研究，也得出了許多成果[2,3]。

然而在實際施工過程中土工格柵和土體之間的作用機理較為復雜，一般試驗很難完全反映其相互作用機理。本文選擇土工格柵作用加筋擋土墻的筋材，采用MIDAS/GTS有限元分析軟件[1]作為分析手段，對土工格柵加筋擋土墻中土工格柵與土體之間相互作用力進行分析，從而得出其變形規律，為土工格柵擋土墻施工提供參考意見。

1 數值分析模型

1.1 本構模型的選擇

巖土工程中的本構關系是指經過試驗檢測得出的應力—應變關系曲線，經過相關理論及假設，推導普遍關系的數學表達式，從而應用在復雜狀態下的巖土結構中。本工程中根據MIDAS/GTS提供采用的本構模型如表1所示。

表1 本構模型

1.2 材料參數選擇及數值分析模型

本數值模擬模型是某地區邊坡處土工格柵加筋擋土墻，其擋土墻高為6 m，混凝土擋板后為粘性回填土，擋板采用的是C25混凝土面板，厚度30 cm，土工格柵間距60 cm，容許拉應力25 kN/m，設計長度為4.0 m,地基為砂卵石基礎。其材料參數如表2所示，數值模型如圖1所示。

表2 材料參數

2 有限元數值模擬結果及分析

2.1 土工格柵加筋擋土墻水平位移

本文通過MIDAS/GTS有限元軟件對砂卵石地層上的土工格柵加筋擋土墻穩定性進行數值模擬分析，其擋土墻水平位移見圖2。

從圖2中可以看出：在擋土墻高度1/2左右的范圍內，擋土墻的水平位移達到最大值，最大水平位移為10.23 mm。中部兩側的水平位移逐漸減少，其中填土頂部的位移大于下部與砂卵石接觸部位的位移。回填土方向隨著深度的增加，水平位移逐漸減小。

陳榕等人[4]指出在工程中應根據實際情況對格柵的長度進行選擇，長度過大時格柵的后段不能或來不及發揮對土的摩擦阻抗效果，而長度過短則會導致筋材直接從土中整體拔出現象。而采用MIDAS/GTS數值模擬軟件能很好的解決這個問題。在施工前，可以通過數值模擬分析結果，對于不同層面上選擇合理長度的土工格柵材料，使土工格柵材料能完全發揮其摩擦阻抗效果。

2.2 土工格柵加筋擋土墻水平拉應力

土工格柵的抗拉性能好，變形量大，縱橫強度差異小，廣泛的應用在邊坡、道路等領域，其高抗拉強度、低延伸率是其主要性能特點。本文通過采用MIDAS/GTS軟件模擬在砂卵石地層上土工格柵加筋擋土墻的水平拉應力(如圖3所示)。

從圖3中可以看出:這10層土工格柵所承受的最大拉應力值的最大值出現在1/5擋墻高度的位置，其值為9.85 kN/m，遠遠小于土工格柵的容許拉應力[Ta]=25 kN/m，這說明土工格柵在回填土中所承受的拉力遠小于其抗拉強度。擋墻高度在3/5以下的位置時，隨著遠離擋墻面，其最大水平拉應力逐漸增大。而擋墻高度在3/5以上時，其拉應力恰好相反，隨著遠離擋墻面，其最大水平拉應力逐漸減小。以上現象說明各層土工格柵的受力情況是不均勻分布的，這與楊慶等人[5]指出的“每層格柵的受力并非是均勻分布，越靠近邊坡中心點處格柵的應變越大，而靠近坡角處格柵的應變則很小”的模型試驗結論相符合。

在實際土工格柵加筋擋土墻施工中，可以通過采用MIDAS/GTS軟件分析土工格柵加筋擋土墻受力特點，對薄弱環節采取相應措施，如合理布置不同層面上的土工格柵的長短、預張拉土工格柵等措施，可以有效的提高土工格柵筋材料性能的發揮，避免不必要的浪費。

3 結語

通過在砂卵石地層上的土工格柵加筋擋土墻的穩定性的數值模擬分析，得出以下結論：

1)每層土工格柵在土體中對土體的影響范圍不同，位移大小也不同，在實際施工中可以根據其受力特點在不同的層面上選擇不同長度的土工格柵進行施工，這樣能充分發揮其結構性能，節省筋材。

2)每層土工格柵在土層中的受力分布是不均勻的，在受力特別大的區域可以采取相關措施，如預張拉土工格柵等，從而有效保證擋土墻結構穩定，又能避免不必要的浪費。

[1] 北京邁達斯技術有限公司.MIDAS-GTS用戶手冊[Z].2004.

[2] 羊 曄，劉松玉，鄧永鋒,等.土工格柵受力狀況的測試新技術[J].巖土工程學報，2009,31(7)：1133-1137.

[3] 張圣城，張曉冰.土工格柵的特性及其應用實例[J].國外公路，1991(1)：12-14.

[4] 陳 榕，欒茂田，趙 維,等.土工格柵拉拔試驗及筋材摩擦受力特性研究[J].巖土力學，2009,30(4)：960-964.

[5] 楊 慶，季大雪，欒茂田,等.土工格柵加筋路堤邊坡結構性能模型試驗研究[J].巖土力學，2005,26(8)：1243-1252.

[6] 岳紅宇，陳 功，陳加付.土工格柵工程特性的試驗分析及在其處理公路路基中的應用[J].公路交通科技，2004,21(6)：20-24.

Study on stability of geogrid reinforcing retaining wall

Zhang Jingwen

(SichuanYuanfengConstructionProjectManagementCo.,Ltd,Chengdu610061,China)

The paper numerically simulates geogrid reinforcing retaining wall stability with MIDAS/GTS finite element software, and analyzes horizontal displacement and tensile stress changing conditions of geogrid reinforcing retaining wall at different soil layer, which has provided some guidance for applying geogrid in reinforcing retaining wall.

geogrid, MIDAS/GTS, reinforcing retaining wall, tensile stress

1009-6825(2016)18-0070-02

2016-04-17

張敬文(1969- )，男，工程師

TU476.4

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