土工格栅加筋挡土墙稳定性研究

张 敬 文

(四川元丰建设项目管理有限公司，四川 成都 610061)



土工格栅加筋挡土墙稳定性研究

张 敬 文

(四川元丰建设项目管理有限公司，四川 成都 610061)

通过MIDAS/GTS有限元软件，数值模拟了土工格栅加筋挡土墙的稳定性，分析了在不同土层位置上土工格栅加筋挡土墙水平位移及拉应力的变化情况，为土工格栅在加筋挡土墙中的应用提供了依据。

土工格栅，MIDAS/GTS，加筋挡土墙，拉应力

土工格栅是一种用聚丙烯、聚氯乙烯等高分子聚合物经热塑或模压而形成的片网状结构物。它具有变形量大、耐腐蚀性强、抗老化、耐久性好等优点，广泛的应用在道路、边坡防护等工程中，并在实际工程中取得显著的成效。但是土工格栅在实际工作工程中，其力学性能对结构影响较大，因此对其受力过程的研究显得十分重要，很多学者、专家也对其变形、强度、筋土作用进行了许多研究，也得出了许多成果[2,3]。

然而在实际施工过程中土工格栅和土体之间的作用机理较为复杂，一般试验很难完全反映其相互作用机理。本文选择土工格栅作用加筋挡土墙的筋材，采用MIDAS/GTS有限元分析软件[1]作为分析手段，对土工格栅加筋挡土墙中土工格栅与土体之间相互作用力进行分析，从而得出其变形规律，为土工格栅挡土墙施工提供参考意见。

1 数值分析模型

1.1 本构模型的选择

岩土工程中的本构关系是指经过试验检测得出的应力—应变关系曲线，经过相关理论及假设，推导普遍关系的数学表达式，从而应用在复杂状态下的岩土结构中。本工程中根据MIDAS/GTS提供采用的本构模型如表1所示。

表1 本构模型

1.2 材料参数选择及数值分析模型

本数值模拟模型是某地区边坡处土工格栅加筋挡土墙，其挡土墙高为6 m，混凝土挡板后为粘性回填土，挡板采用的是C25混凝土面板，厚度30 cm，土工格栅间距60 cm，容许拉应力25 kN/m，设计长度为4.0 m,地基为砂卵石基础。其材料参数如表2所示，数值模型如图1所示。

表2 材料参数

2 有限元数值模拟结果及分析

2.1 土工格栅加筋挡土墙水平位移

本文通过MIDAS/GTS有限元软件对砂卵石地层上的土工格栅加筋挡土墙稳定性进行数值模拟分析，其挡土墙水平位移见图2。

从图2中可以看出：在挡土墙高度1/2左右的范围内，挡土墙的水平位移达到最大值，最大水平位移为10.23 mm。中部两侧的水平位移逐渐减少，其中填土顶部的位移大于下部与砂卵石接触部位的位移。回填土方向随着深度的增加，水平位移逐渐减小。

陈榕等人[4]指出在工程中应根据实际情况对格栅的长度进行选择，长度过大时格栅的后段不能或来不及发挥对土的摩擦阻抗效果，而长度过短则会导致筋材直接从土中整体拔出现象。而采用MIDAS/GTS数值模拟软件能很好的解决这个问题。在施工前，可以通过数值模拟分析结果，对于不同层面上选择合理长度的土工格栅材料，使土工格栅材料能完全发挥其摩擦阻抗效果。

2.2 土工格栅加筋挡土墙水平拉应力

土工格栅的抗拉性能好，变形量大，纵横强度差异小，广泛的应用在边坡、道路等领域，其高抗拉强度、低延伸率是其主要性能特点。本文通过采用MIDAS/GTS软件模拟在砂卵石地层上土工格栅加筋挡土墙的水平拉应力(如图3所示)。

从图3中可以看出:这10层土工格栅所承受的最大拉应力值的最大值出现在1/5挡墙高度的位置，其值为9.85 kN/m，远远小于土工格栅的容许拉应力[Ta]=25 kN/m，这说明土工格栅在回填土中所承受的拉力远小于其抗拉强度。挡墙高度在3/5以下的位置时，随着远离挡墙面，其最大水平拉应力逐渐增大。而挡墙高度在3/5以上时，其拉应力恰好相反，随着远离挡墙面，其最大水平拉应力逐渐减小。以上现象说明各层土工格栅的受力情况是不均匀分布的，这与杨庆等人[5]指出的“每层格栅的受力并非是均匀分布，越靠近边坡中心点处格栅的应变越大，而靠近坡角处格栅的应变则很小”的模型试验结论相符合。

在实际土工格栅加筋挡土墙施工中，可以通过采用MIDAS/GTS软件分析土工格栅加筋挡土墙受力特点，对薄弱环节采取相应措施，如合理布置不同层面上的土工格栅的长短、预张拉土工格栅等措施，可以有效的提高土工格栅筋材料性能的发挥，避免不必要的浪费。

3 结语

通过在砂卵石地层上的土工格栅加筋挡土墙的稳定性的数值模拟分析，得出以下结论：

1)每层土工格栅在土体中对土体的影响范围不同，位移大小也不同，在实际施工中可以根据其受力特点在不同的层面上选择不同长度的土工格栅进行施工，这样能充分发挥其结构性能，节省筋材。

2)每层土工格栅在土层中的受力分布是不均匀的，在受力特别大的区域可以采取相关措施，如预张拉土工格栅等，从而有效保证挡土墙结构稳定，又能避免不必要的浪费。

[1] 北京迈达斯技术有限公司.MIDAS-GTS用户手册[Z].2004.

[2] 羊 晔，刘松玉，邓永锋,等.土工格栅受力状况的测试新技术[J].岩土工程学报，2009,31(7)：1133-1137.

[3] 张圣城，张晓冰.土工格栅的特性及其应用实例[J].国外公路，1991(1)：12-14.

[4] 陈 榕，栾茂田，赵 维,等.土工格栅拉拔试验及筋材摩擦受力特性研究[J].岩土力学，2009,30(4)：960-964.

[5] 杨 庆，季大雪，栾茂田,等.土工格栅加筋路堤边坡结构性能模型试验研究[J].岩土力学，2005,26(8)：1243-1252.

[6] 岳红宇，陈 功，陈加付.土工格栅工程特性的试验分析及在其处理公路路基中的应用[J].公路交通科技，2004,21(6)：20-24.

Study on stability of geogrid reinforcing retaining wall

Zhang Jingwen

(SichuanYuanfengConstructionProjectManagementCo.,Ltd,Chengdu610061,China)

The paper numerically simulates geogrid reinforcing retaining wall stability with MIDAS/GTS finite element software, and analyzes horizontal displacement and tensile stress changing conditions of geogrid reinforcing retaining wall at different soil layer, which has provided some guidance for applying geogrid in reinforcing retaining wall.

geogrid, MIDAS/GTS, reinforcing retaining wall, tensile stress

1009-6825(2016)18-0070-02

2016-04-17

张敬文(1969- )，男，工程师

TU476.4

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