基于FLAC-2D的加筋格宾单元尺寸组合研究

沈应龙, 莫子奋, 柳哲权, 吴文忠

(江西省核工业地质局二六五大队，江西 鹰潭 335001)

加筋格宾挡土墙是一项方兴未艾的支挡技术，由格宾技术与加筋土技术结合发展而来，其相比于传统的挡土墙结构类型，具有整体安全性、渗透性和耐久性等优点[1]，并且绿色环保，美观可靠，得到了国内外工程领域的认可，被广泛应用于公路河道护坡、边坡支挡、地灾治理等领域中，因此，对其进行研究是非常有必要的。FLAC是由美国Itasca公司开发的二维有限差分数值模拟软件，也称为FLAC-2D[2]，它可以采用有限差分求解方法来处理众多有限元程序难以解决的岩土体等工程材料的强烈非线性问题，特别擅长于针对大变形、强烈非线性及系统物理不稳定系统等破坏现象的力学描述和模拟。本文将从不同加筋格宾单元的尺寸组合对挡土墙支挡效果和经济投入的影响对比出发，以FLAC-2D作为研究工具，对其技术经济性最优的尺寸条件展开研究。

1 加筋格宾挡土墙分析模型及结构参数

1.1 计算模型的建立

结合施工实际及相关工作经验，且在研究工作需要的基础上，对分析模型进行了简化，为了找到最优加筋格宾单元的规律，本文设计从不同的加筋格宾单元的尺寸组合出发进行对比分析。结合市场常见规格及相关工作经验，以格宾网箱的尺寸和加筋筋网的长度为研究对象，格宾网箱尺寸选择为1.0 m×1.0 m、0.5 m×0.5 m、1.0 m×0.5 m(宽×高)；加筋筋材长度选择为3 m、5 m、7 m。共对9组尺寸组合进行建模计算(表1)。

设计的加筋格宾挡土墙模型如图1所示(图示加筋长度以3 m为例)。模型高9.0 m，墙面坡度为1∶0.5，格宾网箱及筋材均采用FLAC-2D中的Strip结构单元进行模拟。计算模型底部边界采用固定边界，两侧边界采用X方向单向约束边界，材料均采用“莫尔—库伦”力学模型。

图1 加筋格宾挡土墙分析模型

1.2 计算参数选取

在数值分析过程中，材料参数的选取对模拟计算的真实性、准确性影响很大，本文参数基于地灾治理工程项目——南城县麻姑山雕像山体地质灾害治理工程，并根据当地工程地质、水文地质条件对参数进行合理调整。本计算模型范围内各岩土体包括墙背填土、格宾网箱填石、基岩。填土采用砂性土为填料，填石采用卵石、片石或块石，基岩岩性为强风化花岗岩。岩土体物理力学参数见表2、表3。

表2 填土、基岩物理力学参数表

表3 填石物理力学参数表

加筋格宾单元是由机器编织的双绞合六边形钢丝网面经组合而成的工程构件，包括格宾网箱与拉筋网面两个组成部分(如图2)，其材料物理力学参数见表4。

图2 加筋格宾单元构件示意图

表4 加筋格宾材料物理力学参数

2 FLAC-2D模拟计算及结果分析

2.1 模拟计算

将九组加筋格宾单元尺寸组合边坡模型分别导入FLAC-2D程序中进行模拟计算，最终得到剪应变分布云图，如图3、图4，计算成果数据见表5，九组尺寸组合的边坡随加筋长度递增安全系数变化趋势见图5。

图3 三类格宾网箱尺寸边坡剪应变分布云图(筋长取 Ⅰ 型)

图4 三类加筋长度边坡剪应变分布云图(格宾网箱尺寸取A型)

表5 边坡模型计算成果数据

注：竖向位移以竖直朝上为正，反之为负；横向位移以水平朝向边坡为正，反之为负。

图5 安全系数变化趋势折线图

2.2 结果分析

(1)其他条件相同时，随加筋长度增加边坡稳定性得到提升，但提升幅度呈现先快后慢的规律，因此，存在最优加筋长度，在达到该长度之前可以通过增加加筋长度有效提高挡土墙稳定性，超出该长度则无法充分发挥筋材强度，降低治理效益。在边坡加筋治理工程中，应通过计算比较以确定最优加筋长度。

(2)从剪应变分布云图可以看出，加筋格宾挡土墙破坏时边坡滑裂面呈现以格宾面墙中下端为前缘，圆弧形延伸至墙背填土面的特征，并且滑裂面前缘为变形最大部位，此种变形特征在墙体体现为鼓胀式变形，因此，相比传统刚性支挡结构，加筋格宾挡土墙具备柔性支挡的优点，可伴随边坡产生一定变形从而释放墙后土压力，保证边坡稳定。

(3)在相同加筋长度条件下，计算结果均表现出B组加筋格宾挡土墙的稳定性比A组好，而C组又比B组好的规律。即采用小尺寸的格宾网箱或者高宽比小的格宾网箱断面均有助于提升挡土墙的稳定性。

3 结语

本文探讨了加筋格宾挡土墙设计中格宾网箱、加筋网面的不同尺寸对挡土墙稳定程度的影响，采用FLAC-2D有限差分数值模拟分析软件对九组尺寸组合进行了研究，得到的结论有：

(1)加筋格宾挡土墙的变形表现为鼓胀式变形，体现了柔性支挡的优点，挡土墙可伴随边坡产生一定程度的变形从而释放墙后土压力，保证边坡稳定。

(2)为提高加筋格宾挡土墙稳定程度，在加筋格宾单元中，应通过计算比较以确定合理的加筋长度，过短稳定性不足，过长则无法充分发挥筋材强度且治理效益差，并且采用小尺寸或高宽比小的格宾网箱断面有助于提升挡土墙的稳定性。