台阶式高边坡加筋土挡墙变形特征的有限元分析

发布时间：2018-10-20 16:55

【摘要】：加筋土结构由于性能优良在岩土工程中得到了广泛应用。随着国家对中西部黄土高原地区的战略开发,中西部广大地区的建设得到了空前的发展,但是由于区域内复杂的地质环境,一些大型工业场地在建设过程中遇到深切高填的现象十分普遍,为获得平整场地时常需要修建高填方边坡。在特殊地形条件下,相比于大开挖、大回填的传统设计施工方法,台阶式加筋土挡墙便成为一种更为有效的结构形式,但是针对该类工程,国内目前还未有明确的设计方法,且规范仅限于直立式加筋土挡墙,对墙面板仰角对结构的影响并未涉及。在加筋土挡墙高度日益增加的情况下,直立式加筋土挡墙结构显然已不能满足设计需要,面板仰角对其的影响作用便不可忽视。为完善现有的台阶式加筋土挡墙设计理论,满足加筋土高挡墙的稳定性要求,本文以实际工程为依托,利用数值模拟软件Ansys,建立加筋土挡墙的有限元二维模型,考虑不同面板仰角的加筋土挡墙构造,分析和研究其结构特性及受力变形情况。所做工作如下:(1)简述加筋土技术发展进程,总结近年来加筋土挡墙试验研究现状与有限元研究现状,综合介绍加筋土结构的加筋作用机理与破坏模式。(2)根据加筋土挡墙的结构特点选取合适的填土、墙面板、筋材本构模型及其单元类型并且通过引入筋-土、土-面板界面反映单元建立加筋土挡墙有限元模型。(3)从加筋土挡墙墙面水平及竖向位移,墙顶、底沉情况,基底竖向应力、格栅拉力等方面对数值模拟结果进行分析。研究表明:当加筋土挡墙面板仰角由90°减小到53.1°时,挡墙墙面变形情况在面板仰角为75.9°时产生了较大的突变,逐渐从外凸曲线向线性分布的方式过渡,墙面“鼓肚”现象趋于消失;对比加筋土挡墙的水平和竖向位移云图可以发现,当改变加筋土挡墙面板仰角时,挡墙的水平位移发生了较大的突变,而挡墙的竖向位移则变化并不是很明显,说明了加筋作用可以抑制加筋土挡墙的水平位移,但并不能有效调控挡墙的竖向位移;比较计算结果发现,4种工况下的墙顶、底处面板与填土之间不存在明显的差异沉降,可避免加筋土挡墙因差异沉降过大导致的破坏,说明台阶式加筋土挡墙的结构设计较为合理,计算结果可在实际工程中作为借鉴;在加筋土挡墙结构中,加筋体可以有效减少加筋土挡墙的竖向地基应力,随着面板仰角的变小,墙趾处的应力集中现象明显减弱,而且使得基底的整体受压情况得到了改善;加筋土挡墙的潜在破裂面形状近似于对数螺旋线型曲线,有限元计算结果得到的加筋土挡墙潜在破裂面与根据极限平衡理论计算出的简化潜在破裂面相比,有限元法计算得到的破裂面整体向加筋体内侧移动。(4)以实际台阶式加筋土挡墙工程为依托,从减小墙面水平位移的角度出发,通过对填料的选择、筋带的布置、平台宽度的设置三个方面对台阶式加筋土挡墙进行优化设计。结果表明:工程上一般可取粘聚力大于20kPa,内摩擦角大于25°的填料较为合适;加筋间距以0.4m-0.5m为宜,加筋长度宜采用0.5-0.7倍的墙高;根据本文的研究可知分级台阶宽度应设计成3m-4m为宜,这样可防止挡墙形成滑动贯通面,也可增强台阶式加筋土挡墙的稳定性。
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【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU476.4

【参考文献】