土工格栅加筋土效果分析

 土工格栅由于具有高强度、低延伸率、与土体具有良好的接触特性等特点而作为土体加筋的主要材料。在土体中适当位置加入土工格栅等土工合成材料可以有效地减少其竖向沉降和侧向变形。通过非线性有限元分析,研究了在顶部不同荷载工况下,加筋前后土体塑性区大小及分布水平应力及变形、竖向应力及沉降规律,对土体加筋效果的认识和进一步分析其机理具有重要作用。

  土体具有一定的抗压和抗剪强度,其抗拉强度却很低。在土体中掺入或铺设适量的土工格栅后,可以不同程度地改善土体的强度与变形特征。将拉筋材料埋置在土体中,可以扩散土体的应力,增加土体模量,传递拉应力,限制土体侧向变形,同时还可以增加土体和其他材料之间的摩阻力,提高土体及有关建筑物的稳定性。因此,在填土中加人抗拉材料,通过摩擦力将拉筋材料的抗拉强度与土体的抗压强度结合起来,加强土体的稳定性,使土体的整体强度得以提高。本文通过非线性有限元分析,研究在顶部不同荷载工况下,加筋前后土体塑性区大小及分布、水平应力及变形、竖向应力及沉降规律,对土工格栅土体加筋效果进行了分析与评价。

土工格栅加筋对土体塑性区域的影响：

  土工格栅加筋条件下,当施工完成后,墙顶部尚未施加外部荷载时,土体由于受自重作用,在墙趾处产生了部分塑性区。土工格栅加筋后相同位置处亦产生部分塑性区,然而未加筋土体中塑性区范围较土工格栅加筋土体中塑性区范围要大得多,这说明土工格栅加筋起到了提高土体抗剪强度的作用,限制了塑性区的发展。

  施工完成后,在外部荷载作用下,未加筋土体塑性区迅速扩展,延伸至土体顶面,形成一个贯通土体的塑性区,结构发生破坏。而在相同受力条件下,加筋土体塑性区范围仅在一定程度上有所增加,表现出良好的承载效果,这反映出经土工格栅加筋后的土体,土体力学性能增强,承载能力得以提高。

土工格栅加筋对土体水平应力及变形的影响：

1：加筋对土体水平应力的影响

  在外部荷载作用下,未加筋土体墙趾处水平应力发生明显的应力集中,且土体已经破坏。而在加筋土体中,加载前后,虽在墙趾处水平应力有所增加,但增长值有限沿墙高方向墙背各处水平土压力变化很小,同时反映出承受侧向土压力的能力得以提高。

2：加筋对土体水平变形的影响

  土工格栅的加筋作用,限制了土体的侧向变形,明显减小了墙面处由自重及外部荷载作用引起的水平变形。施工完成后,在施加的外部荷载作用下,在包裹体背下部生成密集水平位移等值线,土体向外侧挤压,水平变形梯度大。未加筋土体的水平变形分布集中于靠近墙背处,而加筋土体中水平变形分布虽在同样位置亦比较集中,但整体上水平变形分布较为均匀,梯度分布较为缓和。

土工格栅加筋对土体垂直应力及竖向沉降的影响：

1：土工格栅加筋对土体垂直应力的影响

  土体承载前后,加筋与否对挡墙基底垂直应力分布影响不明显,这主要是由于在计算时没有考虑地基的影响缘故。而取墙顶以下3.5m处的水平面观察其垂直应力分布可以看出:未加筋土体,在自重和外部荷载作用下,局部应力增加迅速,垂直应力分布明显不均匀;加筋土体,各部分之间垂直应力过渡平缓,在该水平面上分布较为均匀。

2：土工格栅加筋对土体竖向沉降的影响

  土体在自重及外部荷载的作用下,未加筋土体竖向沉降分布集中于靠近墙背处,局部竖向沉降明显。而加筋土体的竖向沉降分布无明显局部集中区域,分布较为对称且均匀。未加筋土体在施加外部荷载后,土体顶面靠近墙背一侧有明显下沉,且沿水平方向各处竖向沉降相差较大;而采用土工格栅加筋后的土体,顶面各处竖向沉降较未加筋时明显减小且比较均匀。这表明用土工格栅加筋土体能够较好地控制其竖向不均匀沉降。