土工格栅加筋粉煤灰挡墙稳定性分析

　　摘 要：利用fLac数值模拟软件来分析土工格栅加筋粉煤灰挡墙稳定性。通过强度折减，当折减系数达到某一数值时，系统达到不稳定状态，挡墙内一定幅值的总等效剪应变自坡底向坡顸贯通，认为挡墙破坏。

　　关键词：土工格栅加筋粉煤灰挡土墙,FLAC,数值模拟

　　前 言

　　粉煤灰是我国主要工业固体废物之一，同时也是理想的加筋土填土介质。在滨海城市，利用海水排放的粉煤灰占湿排粉煤灰很大的比例，但是其综合利用率却很低。土工格栅加筋粉煤灰挡土墙结构，由于具有良好的经济效益，相对于以往的笨重的混凝土重力挡墙具有相当的优势，特别是用于填方式路基。近年来国内很多研究部门对此做了工作，也有不少工程

　　实例[1,2]。但总的来说，对加筋挡墙的理论研究还不成熟，尤其是加筋粉煤灰挡土墙，这种理论研究滞后于工程实践的现象在相当大的程度上限制了这种结构形式的推广应用。因此，笔者进行了土工格栅加筋粉煤灰的数值模拟试验，依托软件FLAC3D，利用强度折减系数法，分析土工格栅加筋粉煤灰挡土墙的稳定性，为它的的广泛应用提供工程依据。

　　1、 FLAC程序简介

　　FLAC是快速拉格朗日差分分析(Fast Lagrangian Analysis of Continua)的简写。FLAC3D程序是FLAC二维计算程序在三维空间的扩展，用于模拟三维土体、岩体或其他材料力学特性，尤其是达到屈服极限时的塑性流变特性。

　　FLAC基本原理与离散元相似，它像有限元法那样适用于包含多种材料模型及复杂边界条件连续介质问题的求解。拉格朗日法用差分法求解，因此，要将求解区域划分成四边形网格，网格上某个编号为i、j的节点与物理网格上相应的节点坐标x、y对应。

　　2 、强度折减法

　　强度折减法中边坡稳定的安全系数定义为：使边坡刚好达到临界状态时，对岩、土体的抗剪强度进行这间的程度，即定义安全系数为岩土体的实际抗剪强度与临界破坏时的折减后剪切强度的比值。强度折减法的要点是利用公式(2-1)和(2-2)来调整岩土体的强度指标和(式中，为折减后的粘结力，为折减后的摩擦角，为折减系数)，然后对边坡稳定性进行数值分析，不断地增加折减系数，反复计算，直至其达到临界破坏，此时得到的折减系数即为安全系数。

　　3、 建立模型

　　土工格栅加筋挡土墙的数值模拟计算中主要由填土单元、土工格栅单元和面板单元组成。就一般的挡土墙来说，其长度方向远远大于宽度和高度方向的尺寸，其外在的荷载和内部的结构都不随长度方向上变化，符合平面应变条件[3,4,5]。

　　该挡土墙模型宽12米，高度随计算来作相应改变。填土水平，填土材料为粉煤灰。假设挡土墙不受浸水影响。拟建在地基较为强硬的粘性土地基上，基础深6米。挡土墙面板采用混凝土面板，厚0.2米，为了防止面板下基础产生不均匀沉降，在面板下加设混凝土基础。加筋挡土墙的加筋间距为0.5米。

　　面板单元

　　4、 土工格栅加筋粉煤灰挡土墙稳定性分析

　　土工格栅加筋粉煤灰挡土墙选用6米、8米和9米墙高进行数值模拟计算，其中加筋的长度按1H(H为墙高)计算，为考虑和土体单元网格相适应，取7.94米。

　　1.1 墙体侧向位移

　　土工格栅加筋粉煤灰挡土墙墙体侧向位移见图2，三种不同高度挡土墙墙体侧向位移均呈现出中间大，两头小的特征。一般考虑加筋挡土墙的分层填筑施工[6]，挡土墙的墙体位移会出现中间位移大，墙体的底部和上部位移小的特征，这种变形特征对于以砂土为填料的加筋挡士墙较为常见，由于湿排粉煤灰的粘聚力较小，这一性质与砂性土相似，故变形特征也相似。其中6米高挡土墙墙体最大位移为1.039cm，8米高挡土墙墙体最大位移为1.743cm，9米高挡土墙墙体最大位移为2.155cm。对比其他研究成果，该位移较小，符合要求，说明土工格栅加筋粉煤灰挡土墙有其可行之处。

　　1.2 表面沉降

　　土工格栅加筋粉煤灰挡土墙表面沉降见图3，不同高度加筋挡墙表面沉降最大位移处均位于加筋范围之外，即在X方向大于8.14(x=8.14)处。加筋范围内表面沉降呈现均匀性，这也与土工格栅加筋砂土的表面沉降特征类似。

　　1.3 安全系数

　　不同高度土工格栅加筋粉煤灰挡土墙塑性破坏区及安全系数见图4和表1，6米高挡土墙的塑性破坏区主要发生在墙体底部，未形成贯通区。8米和9米高挡墙的塑性破坏区均发生在墙体底部与加筋范围之外的粉煤灰填土区，并形成贯通区，使挡土墙处于失稳状态。由强度折减法计算得出，在土工格栅加筋粉煤灰挡土墙高度为9米时，墙体已处于塑性破坏的极限状态，即土工格栅加筋粉煤灰挡土墙在筋长为7.94米、不考虑侧向位移和表面沉降的情况下的临界高度为9米。

　　运用粉煤灰作为土工格栅加筋挡土墙的填料，通过数值模拟的计算结果来看，有其可行之处。

　　5 结论

　　FLAC3D能有效的模拟在土工格栅加筋挡土墙，能直观地得到加筋挡土墙的墙体位移、表面沉降、以及土工格栅的应力状况，而且得到了理想的模拟结果，为研究土工格栅加筋粉煤灰挡土墙的稳定性、应力应变分布和预测及控制提供了可靠的方法。

　　参考文献

　　[1]邓卫东，陈环，郑玉琨.土工织物加筋软基路堤的试验与计算分析[R].天津：天津大学，1989

　　[2]朱湘.软土地基格栅加筋路堤结构性能研究[D].南京：东南大学.2000

　　[3] 王泳嘉，邢纪波.离散单元法及其在岩土力学中的应用，沈阳：东北工学院出版社，l99l.

　　[4] 王俊奎，丁立祥.弹性固体力学，北京：中国铁道出版社，l990.

　　[5] 黄文熙.土的工程特性[M].北京：水利电力出版社，1993.

　　[6] 刘德贵.土工格栅加筋粘土挡土墙的变形特征研究[M].绵阳：西南科技大学，2008.

《土工格栅加筋粉煤灰挡墙稳定性分析》

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