加筋土边坡在市政道路工程中的应用

随着城市化的推进,市政道路工程的建设日益面临用地紧张或征地困难等问题困扰;尤其是高填方路堤边坡支护,更是愈发受用地范围影响;采用传统重力式挡墙支护,则存在地基要求高、造价昂贵、美观性差等问题制约,土工格栅加筋土边坡因其施工简便、抗震性好、地基适应性强,造型美观且环保、具有良好的经济效应等特点,在公路、铁路、水利、市政等领域中都具有良好的应用前景。本文以楚雄州双柏县彝源路项目为依托,探讨了在道路路基填筑高度高、边坡占地受限、距离现状建筑物较近的情况下,采用加筋土边坡解决高填方路基结构稳定和空间受限的多维度技术问题,为类似项目提供借鉴。

高填方加筋土边坡稳定性试验与数值模拟研究

针对高填方加筋土边坡稳定性的计算与评价合理性问题,设计了边坡破坏模型试验,并基于试验结果对考虑加筋土的通用有限元软件计算合理性进行了验证,开展了广西某机场60 m高填方加筋土边坡填方层数变化对边坡稳定性的影响分析。结果表明:数值模拟中破坏面与水平面的夹角与模型试验结果基本一致,在通用有限元软件中考虑加筋土的方式可用于实际高填方加筋土边坡稳定性分析;虽然3层和5层填方方案的机场高填方加筋土边坡整体安全系数与4层方案总体相近,但易在加筋土后方形成剪应变增量贯通区,无法有效发挥加筋土强度特性,边坡存在整体失稳风险,因此设计的四层填方方案相比最优。研究成果可为类似高填方加筋土边坡稳定性的计算与评价提供技术支撑。

加筋土边坡稳定性分析水平条分简化计算方法

加筋土在填土边坡工程中得到了广泛应用,采用传统的垂直条分法计算边坡稳定系数,不能合理考虑水平筋材的作用效果,使计算结果偏于保守,而用水平条分法计算加筋土边坡的稳定性,具有较好的优越性。首先分析水平条分与竖直条分中条间力的关系,建立类似垂直条分瑞典法和简布法的水平条分条间力的假设条件,推导在2种假设条件下,能适用于水平加筋和立体加筋土边坡稳定性安全系数的计算公式。通过算例对比分析,证明本文方法的可行性,并分析立体加筋不同竖筋高度和竖筋间距对边坡稳定性安全系数的影响,为立体加筋技术在边坡工程中的推广和应用提供参考。

某加筋土边坡稳定性系数影响因素的敏感性分析

加筋土边坡的稳定性不仅与地震影响系数和填土的粘聚力、内摩擦角、重度有关,而且与筋条铺设的间距、筋条的长度等因素有关。本文通过对某加筋土边坡工程的稳定性计算,分析了各因素对边坡稳定状态的影响程度,得到地震影响系数的敏感性为-1.47,填土粘聚力的敏感性为0.014,填土内摩擦角的敏感性为0.039,填土重度的敏感性为-0.01,筋条水平间距的敏感性为-0.02,加筋筋条长度的敏感性为0.033。这一研究结果为边坡设计提供了依据,具有一定的实用价值。

地震作用下加筋土边坡滑裂面的确定方法

为合理确定加筋土边坡滑裂面的位置,基于极限平衡理论,提出了地震荷载作用下加筋土边坡滑裂面确定的水平条分法.该方法假定边坡滑裂面是由若干水平滑块组成的复合滑裂面.根据地震作用下加筋土边坡的力学平衡条件,导出了与滑裂面参数有关的加筋土拉力的计算式;利用Mathematics求解,得到了加筋土边坡滑裂面的形状和加筋拉力.为验证方法的正确性,与现有方法确定的边坡临界滑裂面进行了比较,结果表明:边坡坡角越大,水平条分法与现有方法获得的边坡潜在滑裂面越接近;随内摩擦角和黏聚力增大,加筋土边坡滑裂面向坡体外侧移动,随地震加速度系数增大则向坡体内侧移动.

加筋土边坡稳定性分析

基于强度折减法和重力增加法分别对未加筋边坡和加筋边坡进行了有限元数值分析,并与Bishop法进行了对比,验证了将这两种方法应用于加筋土边坡计算的可行性。通过对工程实例的计算分析,建议对于未加筋边坡将坡内点的水平位移急剧变化作为边坡处于临界破坏状态的判别标准;而对于加筋土边坡,将塑性区从坡脚至坡顶贯通作为临界破坏状态的判别标准。

加筋土边坡安全评价的简化水平条分法

对于加筋土填方边坡圆弧滑动安全系数的计算,传统垂直条分法难以合理考虑水平向加筋力和地震力,造成计算结果偏保守;而基于Morgenstern-Price假设的水平条分法在验算加筋土边坡稳定性时,虽严格满足极限平衡条件,但需进行双重迭代,使计算过程过于复杂,不适合工程应用。本文参考Janbu假设来定义条间切向力Xi,简化了法向条间力Ei的计算,重新推导出只需单个迭代的加筋土边坡水平条分法安全系数计算公式,使计算过程更简洁。采用Bishop垂直条分法和简化水平条分法分别计算了某工程的两个实例,并进行了比较和分析,证明本文提出的方法合理易行。

基于临界滑动场的加筋土边坡稳定性分析

传统的极限平衡法分析加筋土边坡稳定性只能依靠假定的滑裂面,未考虑筋材对滑裂面的影响。文中将边坡临界滑动场数值模拟方法进行推广,建立了基于准粘聚力原理的加筋土边坡临界滑动场计算方法。该法可确定任意形状的临界滑动面及最小安全系数。通过算例比较了加筋土边坡的临界滑动面与无筋边坡滑动面的变化,并探讨了填土的重度、粘聚力、内摩擦角、筋材抗拉强度等因素对加筋土边坡稳定性的影响。证实利用极限平衡法先求无筋边坡滑动面,再加上筋材的抗滑力矩来计算加筋土边坡安全系数的方法是不正确的。

流固耦合对加筋土边坡力学行为影响的弹塑性分析

分析了在考虑地基土体中流体与固体耦合作用情况下加筋土边坡的力学行为,采用Biot固结理论说明了土体中流体与土体耦合作用的机理。通过数值计算比较了在考虑地基土体中流固耦合作用及不考虑流固耦合作用2种情况下,土体的侧向位移、沉降及筋材应变等特点,并与试验路的测试数据相比较。研究结果表明,考虑流固耦合作用的分析与实际情况更吻合。所以,在今后加筋土边坡的力学行为分析中,应尽可能计入流固耦合作用的影响,该研究成果对加筋土边坡的工程实际有一定的指导作用。

加筋土边坡地震稳定性动点安全系数分析方法

对于地震作用下的土工合成材料加筋土边坡,边坡内部结构的动力响应十分复杂,按照已有的安全系数的方法评价比较困难。结合安全储备系数的原理,并考虑到水平方向和竖直方向地震荷载的共同作用,提出求解加筋土边坡地震稳定性的动点安全系数时程分析方法。在理论分析的基础上,分别定义加筋土边坡土体、土工合成材料和筋-土界面的动点安全系数,并建立数值模型。根据所定义的动点安全系数,在计算过程中使用开发的计算工具对动力响应过程中的动力特性数据进行记录、计算和存储,得到加筋土边坡数值模型在地震荷载作用下的动点安全系数。分析结果表明:动点安全系数时程分析方法具有良好的工程适用性;动点安全系数时程分析方法对复杂的加筋土边坡工程进行的地震稳定性分析考虑了加筋土边坡不同结构的综合稳定性,比现有的分析方法更明确地反应出加筋土边坡工程中相对薄弱的结构,对加筋土边坡工程的抗震设计提供一定参考价值;相比水平方向的地震,竖直方向的地震作用对加筋土边坡中筋材和筋-土界面的稳定性影响较大,但对加筋土边坡土体稳定性影响较小。

强度折减法在加筋土边坡安全系数验算中的应用

为了研究强度折减法在加筋土边坡稳定性计算中的应用,对加筋土边坡潜在滑裂面与筋材的交叉面处进行受力分析,结合边坡安全系数的定义,分析了只对土体强度进行折减和同时对土体及筋材进行折减两种折减方法所计算的安全系数的偏差。采用FLAC3D软件进行了仿真计算,对比分析了不同坡度、不同筋材长度的边坡在两种折减方法下的安全系数变化规律。理论分析结果表明,当仅对土体强度进行折减时,计算结果与实际值相比偏大;当对土体强度和筋材强度同时折减时,计算结果与实际值相比偏小。FLAC3D计算结果与理论分析结果相符,具体表现如下:(1)仅对土体强度进行折减求得的安全系数大于对土体和筋材同时折减求得的安全系数。(2)当筋材长度较小时,两种折减求得的安全系数差值为零,随着筋材长度的增大,差值增大。(3)随着坡度的增大,两种方法求得的安全系数的最终差值减小。基于边坡安全储备的考虑,在加筋土边坡中,强度折减法的折减对象应包括土体强度及筋材强度,且对筋材强度进行折减时,应取筋材的屈服强度进行折减。

地震作用下土工合成材料加筋土边坡动力分析

采用有限差分法,建立土工合成材料加筋边坡的动力数值分析模型,研究加筋土边坡在地震作用下,发生的边坡水平位移、坡体变形和边坡的潜在滑动面,以及筋材与土体的耦合特性。计算分析表明:在地震作用下,加筋有效减小了边坡的水平位移,使边坡具有更好的整体性,减小边坡的变形;加筋土边坡在潜在滑动面处的剪应变增量较小,发生滑动的可能性较小;地震作用下,加筋土边坡的筋材承受拉力,且靠近坡脚处的筋材收到的耦合拉应力更大。研究结果对土工合成材料加筋土边坡的抗震设计有一定参考参考价值。

加筋土边坡临界滑动场

在分析加筋土边坡稳定性时,将加筋材料的作用视为施加于滑面上的等效力,建立了满足力平衡的加筋土边坡安全系数的计算格式;将边坡临界滑动场数值模拟方法进行推广,提出了基于力平衡的加筋土边坡临界滑动场计算方法,可以得到形状任意的临界滑动面及边坡最小安全系数。通过算例,比较加筋前后临界滑动面和安全系数的变化,并探讨了加筋水平间距、强度、长度对加筋土边坡稳定性的影响。

迭代法在高加筋土边坡设计中的应用

以湖北某山区高填方工程为例,运用迭代法计算边坡最不利滑动面及筋带设计拉力,并根据简化Bishops法进行最不利滑动面的复核运算;运用FLAC3D中内置的强度折减法对边坡未折减前及折减后的边坡水平位移、垂直位移、总体位移和剪应变进行对比分析;最后与实际监测数据进行对比分析,研究了折减法在高加筋土边坡设计中的应用,为加筋技术在土边坡工程中的应用提供参考。

台阶型加筋土边坡动力响应

为了研究台阶型加筋土边坡的动力响应,首先以印度理工学院振动台试验挡墙为原型,验证了有限元数值模拟方法的有效性;然后以一位于我国西南部、抗震设防烈度为7度的边坡工程为背景,利用有限元软件PLAXIS,在坡顶与坡脚相对位置不变的情况下,分析了其动力响应随台阶宽度变化的规律。结果表明,台阶宽度越大,坡面横向位移越小,但过大的台阶宽度对横向位移的减小效果不明显,存在一个最优宽度使最大坡面横向位移取得最小值;随着台阶宽度的增大,填土体积随之上升,下层边坡中筋材最大内力呈放大趋势,其沿高程的分布方式由反"∠"形逐渐过渡到类"3"字形。

非均质各向异性加筋土边坡的抗震稳定性分析

加筋土因其良好的加固效果而被广泛应用于边坡工程。用极限分析上限方法,对非均质各向异性加筋土边坡的抗震稳定性进行研究,获得了均匀、上疏下密及上密下疏3种布筋方式下边坡临界高度的解析表达式。并用数值优化算法分析了土体非均质性、各项异性、边坡坡角、内摩擦角及地震荷载等因素对加筋土边坡稳定性的影响。结果表明:土体非均质系数、各向异性系数、内摩擦角及加筋强度的增加对边坡稳定性的提高具有积极作用,而坡角与地震荷载系数的增大则不利于边坡的稳定;3种布筋方式中,上疏下密对边坡加固的效果最佳,其次为均匀布筋方式,上密下疏的布筋方式效率较低。

双强度折减法在加筋土边坡稳定分析应用的研究

有限元强度折减法在加筋土边坡的稳定分析中被广泛应用,但因加筋材料和土体是2种性质迥异的材料,因此针对土体强度和加筋材料界面强度采用相同的强度折减系数是否合理值得进一步研究。通过建立加筋材料(土工格栅)界面直剪摩擦特性的三维数值模型,研究了土体强度和土工格栅界面强度的折减规律。结果表明,强度折减过程中土体强度和土工格栅界面强度的折减系数并不一致。为此,提出了土工格栅加筋土边坡稳定分析的双强度折减法,该方法能充分体现土工格栅的加筋作用,使稳定分析结果更合理。

芭蕉220kV开关站加筋土边坡失稳机理研究

针对芭蕉220kV开关站高填方加筋土边坡,介绍了该边坡的变形失稳特征。通过室内试验及参数分析合理地确定边坡计算参数,建立了有限元模型,并结合极限平衡法对加筋土边坡的变形机制进行了研究。结果表明:边坡的破坏模式为基底软弱层沿最大剪应力带的剪切破坏,基底软弱层的存在是边坡失稳的根本原因,而降雨入渗及填土加载等是边坡失稳的诱发因素。

加筋土边坡非线性优化设计方法研究

提出了一种优化设计加筋土边坡的方法。首先利用极限平衡法确定多组加筋土边坡设计参数与其稳定性系数的映射关系,再将设计参数和所求出的安全系数做为输入、输出样本采用遗传算法进化BP神经网络训练网络模型,然后建立以上述设计参数为自变量的加筋土边坡造价的目标函数,神经网络预测出的稳定性系数大于某个值为约束条件的优化设计模型。在此基础上开发了MATLAB环境下的加筋土边坡优化设计系统,编制了遗传算法,粒子群算法和复合形法的计算求解程序。以某加筋土边坡为工程实例,得到了安全、经济的设计参数取值和对应的造价。

基于矢量和法的加筋土边坡动力稳定性分析

对于地震作用下的加筋土边坡工程,考虑到传统加筋土边坡稳定性分析方法有一定的局限性,在已有的理论基础上,将矢量和法运用到加筋土边坡的动力稳定性分析上,同时对加筋土边坡工程动力稳定性影响因素进行了敏感性分析。建立二维加筋土边坡数值模型,将基于最大剪应变增量的边坡滑动面搜索方法运用到加筋土边坡动力稳定性分析的矢量和方法中,对模型进行动力稳定性分析,并通过合理的计算优化,提高了加筋土边坡的动力稳定性分析的计算效率。结果表明,矢量和方法在加筋土边坡的动力稳定性分析中是合理并且高效的;在地震作用下的加筋土边坡工程中,对动力稳定性影响较大的是地震荷载、加筋土边坡的填土黏聚力、内摩擦角以及加筋材料的耦合弹簧切向刚度。因此在加筋土边坡的抗震设计中,需要重点考虑采用黏聚力和内摩擦角较大的填土和切向刚度较大的加筋材料。