土工格栅加筋砾石土坡稳定性分析方法研究

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现有研究表明,土工格栅加筋路堤具有良好的抗震性,使用砾石土作为路堤填料时,加筋效果显著。我国新疆地区广泛分布着砾石土,而新疆又是地震高发区,故很适合推广使用土工格栅加筋路堤。为了促进加筋砾石土路堤在该地区的推广使用,有必要对加筋砾石土坡的稳定性展开研究,以便确定更为合适的设计方法。目前实用的加筋土坡稳定性分析方法仍是极限平衡法,而有限元强度折减法是可期待的更加合理的方法。基于此,本文着眼于现实和未来,分别对两种方法进行研究。首先,研究了强度折减法分析加筋土坡的失稳判据;其次,针对土工格栅加筋砾石土坡,根据极限平衡法提出了其安全系数的简化计算方法和基于此的设计步骤;最后,通过现场试验工程,对土工格栅加筋砾石土路堤内的土压力和格栅应变进行了长期观测,并根据观测数据,对土工格栅加筋砾石土坡的应用效果进行了评价。主要研究成果如下:(1)以计算不收敛和特征点的位移突变作为加筋土坡的失稳判据均是合适的,两者可以得到一致的稳定安全系数值,但后者的可操作性更强。(2)加筋砾石土坡的安全系数Fsg与以“准黏聚力理论”确定的等代均质土坡的安全系数Fsj有良好的相关性,当筋层间距S=0.30.8 m、筋层间拉力大致按公路规范的建议分配,且Fsg=12时,Fsg-Fsj关系可用二次多项式表达。此外,Fsg-Fsj关系式仅与边坡的平均坡率ma和土的内摩擦角φ有关,而与土的重度、筋层的布局和筋层间拉力分配方案无关。据此提出了以等代均质土坡的安全系数Fsj计算加筋砾石土坡安全系数Fsg的简化计算方法。(3)当按现行公路规范的要求,Fsg在[1.25,1.45]及附近区域取值时,本文提出的由Fsj计算Fsg的简化计算公式的绝对误差在[-0.016,0.012]之间,满足工程设计要求。(4)基于上述简化计算方法,提出了土工格栅加筋砾石土路堤的实用设计方法。(5)土工格栅加筋砾石土路堤中实测的格栅应变水平较低,一般在1%以下,大多数不超过0.5%,据此计算的格栅实际拉力一般仅为其抗拉强度的15%。(6)试验路堤中实测的坡面防护结构所受到的水平土压力很小,大多数接近0。
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