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《西北农林科技大学》 2012年
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砾质土加筋高挡墙数值模拟与设计软件的开发

李林科  
【摘要】:随着国民经济的飞速发展,为满足工程需要,国内工程向着规模不断扩大、建筑地形条件越来越复杂的方向发展。为尽量减少工程占地面积,许多大型工程常选择高陡边坡的设计方案,且多选择对居民影响及土地利用价值相对较小的山区地形进行修筑。而加筋土挡墙结构轻柔,占地面积小,施工方便,抗震性能好并且造型美观,加之能在面板外部种植植物的返包式加筋结构设计的出现,使加筋土结构既能防止雨水的冲刷,又能美化环境。由此可以看出,加筋土结构在今后工程建设中会有很好的发展前景。 本论文以南方某机场建设项目为依托,采用数值分析手段,利用大型通用软件ADINA和GEO-Studio进行模拟,选用现场勘测地质资料、现场填料大三轴试验、加筋大三轴试验以及土工格栅性能参数确定适合实际工程的材料本构模型,根据该项目实际地形资料建立三维计算模型,计算加筋挡墙位移变形量,与实际监测资料对比,验证材料参数的合理性。在此基础上根据典型断面建立二维模型进行计算,并对常用一级挡墙不同坡角模型进行计算,分析加筋挡墙变形、破坏形式,据此进行加筋挡墙(边坡)设计软件开发,为工程设计提供必要依据。 本文主要成果有: (1)典型工程三维计算得墙体沉降主要发生在挡墙后部填土,沉降量约为30cm,与实际工程沉降监测所得值基本一致,墙体中下部水平位移较大,在墙体下部出现部分塑性区,二维加筋计算与三维计算结果基本一致,说明采用Rebar单元模拟土工格栅加筋材料能够满足工程要求; (2)加筋计算结果及分析表明,筋材对挡墙塑性区分布影响较大。筋材能控制墙体内部加筋区域土体塑性区沿铅直方向往墙顶发展的速度,同时会改变土体塑性区形态,将土体未加筋时的“高瘦”形塑性区改变为“矮胖”形塑性区; (3)对一级挡墙不同坡度模型计算结果分析表明,筋材对墙体水平位移有一定控制作用,同时能起到协调土体变形的作用。挡墙仅受自重作用时,加筋体的作用通常未能完全发挥,对墙体变形协调和控制作用表现不明显,仅当边坡失稳时其作用才会得到完全发挥; (4)对典型工程二维计算及一级挡墙二维计算结果分析得出,在正常工作状态下,加筋体对墙体的变形协调控制在数值上表现不明显,但在对最大沉降量发生位置的改变表现得比较明显。加筋后,墙体的最大沉降量位置向墙后移动,从而使容易产生滑动的土体范围扩大,但使其滑移趋势变小。从水平位移控制方面看,加筋墙体的墙面最大位移发生点约在1/3墙高处; (5)Sigma/w和Slope/w联合计算所得安全系数较有限元强度折减法计算所得值小,所得计算结果偏安全。以其联合计算结果为有限元强度折减计算起算点,能节省有限元强度折减法计算时间; (6)通过对Sigma/w与Slope/w联合计算、未考虑筋材拉断的有限元强度折减计算及考虑筋材拉断的有限元强度折减计算的结果对比分析得出:未考虑筋材拉断的有限元强度折减法不适用于加筋土挡墙的潜在滑裂面形式的确定,而考虑筋材拉断的有限元强度折减法能模拟实际工程中筋材断裂及挡墙(边坡)最终破坏形式,能更为真实合理的反映加筋挡土墙(边坡)实际破坏形式,并且与Sigma/w与Slope/w联合计算所得结果相差不大。 综合分析结果可知,加筋体在控制水平位移、协调土体变形的同时,控制塑性区纵向发展速度,有利于边坡安全稳定;加筋体在土体变形较小情况下其变形协调能力表征不明显,而在边坡失衡时其作用发挥到极限;采用GEO-Studio软件对极限平衡法和有限元法耦合计算结果可做有限元强度折减法计算起算点,从而节省计算时间;考虑筋材拉断的有限元强度折减法计算所得结果更符合加筋挡墙的工程实际,其计算所得的安全稳定系数与Sigma/w与Slope/w联合计算结果相接近。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TU476.4

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【参考文献】
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