土工格柵加筋邊坡水平變形有限元分析

曹磊　孟憲金　劉高啟

摘要：應用有限元軟件對某一土工格柵加筋邊坡進行有限元分析，對邊坡水平變形在加筋層數、筋材位置、筋材長度、筋材模量發生變化時的規律開展了討論。研究表明：筋材集中于邊坡中下部對邊坡水平位移所起到的約束作用較顯著；在一定范圍內，增大加筋層數、筋材長度與筋材模量都可以有效地減小邊坡水平位移。

關鍵詞：土工格柵；邊坡；有限元法；水平變形

1引言

隨著國家戰略計劃的實施，隨之而來的是基礎設施等工程建設的蓬勃興起。在基建工程中存在大量的邊坡工程，而作為一種較為新型的邊坡加固方式，土工加筋受到越來越多的關注，應用越來越廣泛。對于加筋邊坡的加筋原理，中外學者都進行了大量的研究分析。其中：Sommers等通過離心模型試驗，研究了加筋土工布邊坡在坡頂施加荷載下的穩定性；楊錫武等通過離心模型試驗。對不同布筋方式對坡面側向位移及位移場等變形性態的影響進行研究；Naeini等采用有限元對加筋與素土邊坡進行了對比分析；Leshchinsky等應用有限元程序分析土工格柵對于鐵路路基邊坡的效應，結果表明格柵可以減小路基沉降與側向位移，使路基內應力分布更均勻；潘秋景等對不同工況下邊坡滑動面位置及坡面水平位移進行建模分析，計算了膨脹土邊坡內部濕度應力場；Low等推導出一種加筋路堤穩定性的簡便分析方法，分析得到加筋力能起到減小滑坡滑動力矩的作用；常學寧在研究現行規范中加筋邊坡極限平衡理論分析方法的基礎上，提出了基于界面摩擦加筋機理、剪切帶加筋機理的邊坡整體穩定分析模型。

本文在前人研究的基礎上，選取加筋層數、筋材位置、筋材模量3個主要影響參數，對加筋邊坡的水平變形進行對比分析，并對加筋邊坡的水平變形隨加筋層數、筋材位置、筋材模量改變而變化的規律進行分析。

2計算模型及參數

2.1幾何模型

為研究加筋層數、筋材長度、筋材模量對于邊坡變形性狀的影響，對某一土工格柵加筋邊坡進行有限元分析。其中地基的厚度為6 m，邊坡高度H=12 m，邊坡的坡比為4：1，計算模型的尺寸見圖1（圖1（a）為素土邊坡計算模型尺寸，圖1（b）為7層加筋（工況H/6+H/4+H/3+5H/12+H/2+2H/3+5H/6處加筋）邊坡計算模型尺寸。本文采用PLAXIS二維巖土工程有限元軟件對不同加筋工況下邊坡水平位移變化進行分析。有限元網格劃分見圖2。為了研究坡面水平位移在不同工況下的變化規律，在坡面從上到下的不同高度處共取5個有代表性的點，坐標原點選擇在邊坡左下角0（0，0）處，則這5個點從坡頂到坡腳坐標依次為A（13，18）、B（12，14）、C（11，10）、D（12，14）、E（10，6）。