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原文传递小间距加筋土性能的数值分析

论文题名：	小间距加筋土性能的数值分析
关键词：	挡土墙;小间距加筋土;力学性能;数值分析
摘要：	传统的土工合成材料加筋挡土墙是从早期的钢带等加筋挡土墙发展而来，其本质上是机械稳定挡土墙结构(Mechanically Stabilized Earth，MSE)。传统加筋挡土墙的加筋间距较大，容易出现侧向变形引起的面板失稳、面板处筋材应力集中、变形不协调、需要较长的筋材长度等问题。针对MSE结构的存在问题，近年来国外学者提出了小间距加筋土（Geosynthetics Reinforced Soil，GRS）概念，并进行初步研究和工程应用。初步研究表明，GRS可以看为一种复合体，具有更好的延展性和柔韧性，整体稳定性好，抗震性能优越，已经在加筋整体桥台等工程中得到了初步应用。为探求GRS挡土墙与MSE挡土墙的区别，掌握GRS的机理，及得到GRS挡土墙的稳定性、变形规律等，论文采用数值分析方法，对GRS的机理和GRS挡土墙特性进行研究，以促进GRS技术在我国的推广应用。　　论文的主要研究工作及结论如下: 　　①对GRS研究进展、加筋土加筋机理研究进展、加筋土极限平衡法研究进展与加筋土数值分析方法研究进展等方面进行了文献综述。　　②建立了加筋土的三轴试验数值模型，分析加筋间距和筋材刚度等对加筋土复合体（或结构）的影响，讨论了筋材对土体的有效影响范围等。研究表明:1）加筋的有效影响范围约为0.1m。在加筋有效影响范围内，筋材能够对周围的土体起到约束作用，对远离筋材0.1m的土体没有约束作用;2）当加筋间距为0.2m时，加筋土变形小且均匀协调，加筋材料与周围的土体形成一个复合整体，此时加筋土为GRS;3)GRS能够降低对加筋材料刚度的要求，采用较低刚度的加筋材料，其性能依然优于使用较高刚度加筋材料的传统加筋土结构。　　③建立了考虑压实荷载作用的加筋土三轴试验数值模型，分析压实荷载作用对加筋土的变形以及加筋材料轴力与变形的影响。研究表明:相比于不考虑压实荷载作用的加筋土，考虑压实荷载作用的加筋土中，加筋材料因压实荷载而产生一定的预应力，在预应力的作用下，使加筋材料的轴力与变形在后续工作中都会在一定程度上减小，同时约束土体的侧向变形，使加筋土的侧向变形在一定程度上减小。因此，在加筋土数值分析的过程中，需要考虑填料压实荷载作用对加筋材料的预应力效果。　　④通过建立GRS挡土墙数值模型与传统加筋土挡土墙数值模型，对挡土墙的变形、剪应力、安全系数与滑动面等进行分析，并研究了筋材刚度对GRS挡土墙性能的影响。研究表明:1）GRS挡土墙整体稳定性好，面板处侧向变形小，约为传统加筋土挡土墙面板处侧向变形的1/3;2）相同条件下，GRS挡土墙的安全系数要大于传统加筋土挡土墙的安全系数;3）在GRS挡土墙中，滑动面只是发生在加筋材料末端的未加筋土体内，GRS挡土墙内部是稳定的;4）在GRS挡土墙设计与计算中，只需要对GRS挡土墙外部稳定性进行分析;5）GRS挡土墙能够降低对加筋刚度的要求，可以使用较低刚度的加筋材料。　　⑤采用有限元极限分析法，对GRS挡土墙及GRS拓宽路堤工程进行了计算分析，得到了墙高为5m、6m的GRS挡土墙标准断面图和GRS拓宽路堤的标准断面图。
作者：	李鹏飞
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	郑智能;凌天清
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文