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加筋格宾网粉质粘土数值研究

时间:2017-05-11 21:35 作者:晟江格宾网www.gabionchang.com 点击:

摘要:结合川西南地区某井场道路软土工程实例,运用FLAG")建立了数值分析模型,对格宾网加筋粉质粘土进行了数值模拟研,指出格宾网加筋粉质粘土可以有效降低路面不均匀沉降、减小路堤边坡变形,避免出现应力集中的现象。

川西南地区由于地质以及气候的作用,粉质粘土以及淤泥质 软土占很大比例,此类软土吸水能力强,毛细现象显著,且能长期 保持水分,不易挥发。传统的软土处理方法,如换填法,土壤固化 剂法,由于粘土层较厚、含水率较高的原因,均不能达到理想的 效果。
蒋建清、杨果林等人[l〕将格宾网引入道路工程中,进行了红 砂岩粗粒土加筋试验研究,取得了良好的效果。在此研究的基础 上,通过运用FLAC3"模拟格宾网加筋粉质粘土,探究了其加筋粉 质粘土的工程特性。
1 FLAC3n程序简介
FLAG (Fast Lagrangian Analysis of Continua,连续介质快速拉 格朗日分析)是由Cundall和关国ITASCA公司开发出的有限差分 数值计算程序,主要适用地质和岩土工程的力学分析。岩土工程问 题内在的复杂性及缺乏合适的分析工具推动了FLAG (1986年)和 FLAC3" (1994)的开发。今天,两种程序已经在全世界范围内获得 了广泛应用。
FLAG")程序设有空单元模型;各向同性弹性材料模型;横观 各向同性弹性材料模型;德鲁克一布拉格(Drucker}rager)弹塑性 模型;摩尔一库仑(Mohr}:oulomb)弹塑性模型;遍布节理材料模 型;应变软化/硬化塑性材料模型;双线性应变硬化/软化一致节 理模型;双屈服塑性材料模型;改进的剑桥(Camwlay)模型等多种 本构模型[Cz-il。
另外,程序设有结构单元模型,有梁(Beam)单元、锚杆(Ca- ble)单元、桩(Pile)单元、壳(Shell)单元、土工格栅(Geogrid)单元 和衬砌(Liner)单元,单元通过node和link相连,可以实现不同单 元的连接。此外,程序允许输入多种材料类型,亦可在训一算过程 中改变某个局部的材料参数,增强了程序使用的灵活性,极大地 方便了在训一算上的处理。同时,用户可根据需要在FLAC3"中创建 自己的本构模型,进行各种特殊修正和补充。
2数值分析模型的建立
针对现场钻前工程公路处治情况,采用FLAG")分别建立了数 值分析模型,对普通连砂石换填与格宾网加筋效果进行对比。其 中,地基与路堤填土本构模型均采用Mohr}:ouloml}模型。格宾网 结构采用各向同性弹性模型。数值模拟中格宾网及填土的主要 参数如表1所示,相关材料间的接触而参数如表2所示。

 
FLAG")数值模型路堤及相关尺寸如图1所示,其中图1b)为 普通连砂石换填数值模型。图2为格宾网加筋示意图和数值模 型。格宾网加筋模型底部为80 c,固结土,用砂土参数进行模拟。 上部80 c,的淤泥质软土。道路结构层的设计为底部20 c,的连 砂石换填,两侧按照1: 1.5比例放坡。上部20 c,高的格宾网内 填人头石与级配碎石。顶部8。,的碎石磨耗层为道路的而层。 普通连砂石对比组数值模型如图1所示。下部软土层结构相同, 上部道路结构层为40 cm普通连砂石换填,顶部8 cm碎石磨 耗层。
钻前工程公路路堤的承载力必须能满足日常工作时,各种汽 车车辆的行驶,特别是大型机械工程车辆。因此在数值模拟时, 考虑作用在路堤表而的荷载为并装三轴挂车的最大允许轴荷(限 值:24 t ;轴距:1.4 m),其他参数为车宽2. 5 m,单侧作用而积。

 
3结果及分析
3. 1路面沉降分析
分析图3,图4数据可得出如下结论:在240 kN荷载作用下, 普通连砂石换填路而最大沉降4. 94 cm。格宾网加筋过的软土路 基路而的最大沉降为2. 57 cm。格宾网处理效果明显。最大沉降 均位于加载点正下方,此处产生了较大的屈服变形,实际使用中 应予以补强。格宾网处理过的道路在纵向0. 08 m } 0. 28 m 0.48 m深度平而沉降变化平缓,说明格宾网作为一个三维约束结 构,具有良好的受力整体性。整体抵抗路而不均匀沉降的能力较 普通连砂石换填提高约20%一45 % o 3. 2竖向土压力分析
分析图5,图6数据可得出如下结论:采用常规换填法的路堤 部位出现了较大的应力集中现象。在距离路堤中心1 m处土压 力突变明显。这种突变易在反复的荷载作用下造成道路结构层 的破坏。格宾网加筋后的应力峰值在浅层和中层减小不明显,但 是有效避免了应力集中现象。在0. 38 m深层,接近基底的土压 力明显小于前者。这有利于保证软土路基承载力,减轻道路结构 层的剪切破坏。
格宾网加筋法处理与普通连砂石换填法处理路堤的侧向位 移变形量如表3所示。可以发现在不同监测点,加筋格宾网加筋对路 堤侧向位移约束明显。在图7,图8的水平位移云图中可以发现 格宾网加固的路堤堤角处的塑性屈服区位移量与影响范围均明 显小于普通换填法。
4结语
通过数值模拟验证了格宾网作为一种常见的土工材料,其加 筋处理软土路基相比于普通的连砂石换填法。格宾网的加入可 以大幅减小路而不均匀沉降、约束路堤的侧向位移、避免应力集 中。在粘土层较厚处理不易或者普通换填法处理效果不佳的情 况下,可以取得较为理想的处理效果。这对实际工程的应用具有 一定的指导作用。

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