土工格栅加筋边坡水平变形有限元分析

曹磊　孟宪金　刘高启

摘要：应用有限元软件对某一土工格栅加筋边坡进行有限元分析，对边坡水平变形在加筋层数、筋材位置、筋材长度、筋材模量发生变化时的规律开展了讨论。研究表明：筋材集中于边坡中下部对边坡水平位移所起到的约束作用较显著；在一定范围内，增大加筋层数、筋材长度与筋材模量都可以有效地减小边坡水平位移。

关键词：土工格栅；边坡；有限元法；水平变形

1引言

随着国家战略计划的实施，随之而来的是基础设施等工程建设的蓬勃兴起。在基建工程中存在大量的边坡工程，而作为一种较为新型的边坡加固方式，土工加筋受到越来越多的关注，应用越来越广泛。对于加筋边坡的加筋原理，中外学者都进行了大量的研究分析。其中：Sommers等通过离心模型试验，研究了加筋土工布边坡在坡顶施加荷载下的稳定性；杨锡武等通过离心模型试验。对不同布筋方式对坡面侧向位移及位移场等变形性态的影响进行研究；Naeini等采用有限元对加筋与素土边坡进行了对比分析；Leshchinsky等应用有限元程序分析土工格栅对于铁路路基边坡的效应，结果表明格栅可以减小路基沉降与侧向位移，使路基内应力分布更均匀；潘秋景等对不同工况下边坡滑动面位置及坡面水平位移进行建模分析，计算了膨胀土边坡内部湿度应力场；Low等推导出一种加筋路堤稳定性的简便分析方法，分析得到加筋力能起到减小滑坡滑动力矩的作用；常学宁在研究现行规范中加筋边坡极限平衡理论分析方法的基础上，提出了基于界面摩擦加筋机理、剪切带加筋机理的边坡整体稳定分析模型。

本文在前人研究的基础上，选取加筋层数、筋材位置、筋材模量3个主要影響参数，对加筋边坡的水平变形进行对比分析，并对加筋边坡的水平变形随加筋层数、筋材位置、筋材模量改变而变化的规律进行分析。

2计算模型及参数

2.1几何模型

为研究加筋层数、筋材长度、筋材模量对于边坡变形性状的影响，对某一土工格栅加筋边坡进行有限元分析。其中地基的厚度为6 m，边坡高度H=12 m，边坡的坡比为4：1，计算模型的尺寸见图1（图1（a）为素土边坡计算模型尺寸，图1（b）为7层加筋（工况H/6+H/4+H/3+5H/12+H/2+2H/3+5H/6处加筋）边坡计算模型尺寸。本文采用PLAXIS二维岩土工程有限元软件对不同加筋工况下边坡水平位移变化进行分析。有限元网格划分见图2。为了研究坡面水平位移在不同工况下的变化规律，在坡面从上到下的不同高度处共取5个有代表性的点，坐标原点选择在边坡左下角0（0，0）处，则这5个点从坡顶到坡脚坐标依次为A（13，18）、B（12，14）、C（11，10）、D（12，14）、E（10，6）。