有限元法在不規(guī)則邊坡拉筋擋土墻計(jì)較中的應(yīng)用

有限元法在不規(guī)則邊坡拉筋擋土墻計(jì)算中的應(yīng)用【摘要】本文針對(duì)某高邊坡路堤的研究，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)地勢(shì)和交通情況的考察，建立了二維分層斜邊坡的拉筋擋墻有限元模型，對(duì)加筋后的情況與沒加筋的情況進(jìn)行對(duì)比，分析擋墻的變形，應(yīng)力分布，及路基土體中的應(yīng)變情況。來體現(xiàn)加筋擋墻對(duì)路基的作用效果，并驗(yàn)證了有限元法在求解特殊路基邊坡?lián)鯄χ械膬?yōu)越性。【關(guān)鍵詞】加筋土擋墻有限元法GoodmanFiniteelementmethodinirregularslopereinforcementCalculationofretainingwalls【Abstract】Inthispaper,Researchingahighslopeembankment.Throughon-siteInspectioningeologicalterrainandtrafficconditions,establishingfiniteelementmodelofReinforcedretainingwallusingatwo-dimensionallayeredslopeoftheramp,ComparedtheReinforcedretainingwallsituationandthenotReinforcedretainingwall,includingthedeformation,thestress,thedistribution,andthecontingencyofroadbedsoil.ReflectingtheeffectofReinforcedretainingwallintheroadbedandverifyingthesuperiorityofthefiniteelementmethodinsolvingspecialroadbedsloperetainingwall.【Abstract】ReinforcedretainingwallFEMGoodman0引言目前，用于加筋土擋墻設(shè)計(jì)計(jì)算的方法主要是以朗肯或庫(kù)倫土壓力理論為基礎(chǔ)的極限平衡法。經(jīng)過研究工作者數(shù)十年的鞏固與完善，這種方法己經(jīng)作為一種較為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法被世界眾多的國(guó)家所采用，并成為加筋土擋墻的設(shè)計(jì)規(guī)范。但是，作為一種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其在加筋土擋墻的穩(wěn)定性分析上則存在如下缺點(diǎn)：（1）極限平衡法沒有考慮加筋土體內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，無法分析加筋土擋墻破壞的發(fā)生和發(fā)展過程；（2）極限平衡法沒有考慮土體與拉筋、支擋結(jié)構(gòu)面板的相互作用關(guān)系，無法模擬筋土之間，土與面板之間的剪切滑移；（3）在對(duì)加筋土擋墻進(jìn)行內(nèi)部穩(wěn)定性分析時(shí)，通常要先假定破裂面的形狀，如朗金法等，這種假定并不一定適用于所有類型的加筋土擋墻，并且有時(shí)過于保守，造成材料使用上的浪費(fèi)；（4）對(duì)于高大加筋土擋墻，墻高大于30m的內(nèi)部穩(wěn)定性計(jì)算，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法并不適用。（5）在進(jìn)行外部穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，極限平衡法是將加筋土擋墻假定為剛性擋墻的。但實(shí)際上，它是一種柔性結(jié)構(gòu)，因此這樣的假定并不是合理的.加筋土結(jié)構(gòu)有限元分析起步較晚，直到20世紀(jì)70年代后才開始用該法預(yù)測(cè)加筋土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的分析方法建立在力的極限平衡理論之上，無法描述結(jié)構(gòu)的變形機(jī)制。有限元法力學(xué)概念簡(jiǎn)單，應(yīng)用靈活，將變形的協(xié)調(diào)性與力的平衡結(jié)合起來，克服了傳統(tǒng)的理論局限，是模擬某些復(fù)雜結(jié)構(gòu)及變化過程成為可能。角加筋擋萬墻的有掃限元法委主要有棕三種模詠式莖：社（博1至）將土桶體和加鑼筋材料腰看做一像復(fù)合材清料，假孕設(shè)土體宰和材料漿之間沒碑有相對(duì)緩滑移，宗采用未秘加筋土降的本構(gòu)聯(lián)關(guān)系模糟型對(duì)加迅筋土體泰進(jìn)行有洞限元分侮析蝴；船(2晉)繁將加筋狐土中的悄加筋材狼和土體紹處理成襯不同材劣料，分邪別采用末不同的物本構(gòu)關(guān)尿系進(jìn)行改有限元口分析，伍但仍不遵考慮加盆筋土中鍬的筋材龍和土的糊相互作擴(kuò)用，將附加筋材的料和土崗體截然裹分開處脊理；綁（雁3膜）將加俗筋土體凈看作是諸有土體世，加筋趙材料以匙及土體長(zhǎng)與土體鵲加筋材廟料之間祥的接觸守單元所膠聯(lián)系起婚來的有朵機(jī)體，劫接觸單調(diào)元應(yīng)力祖的大小刊隨加筋枝材料與董土體之圾間的相擊對(duì)位移饅而改變伙。嶺當(dāng)選擇望復(fù)合式諷方法時(shí)侍，需要懲確定所集研究的寒加筋土棄作為復(fù)呢合材料追時(shí)的本對(duì)構(gòu)關(guān)系鏈。但是笑，目前狀國(guó)內(nèi)外丘的眾多絲研究工礦作者提只出的各徹種加筋輕土的本鏟構(gòu)模型糾都只是趣針對(duì)某叔一特定舉的土體涂材料或楊是加筋尖材料，要并不具姥有普遍刺性。目建前，已酒經(jīng)出現(xiàn)倘了各種泡各樣的紅可用于防未加筋買土的有守限元分桂析軟件辭，其功寫能非常俘強(qiáng)大，喜而分離微式方法坦可以充謊分模擬胞筋土之猶間、土抄與面板醋之間的掏相互作暗用，并克且易于兆實(shí)現(xiàn)有擱限元嫩計(jì)算。狗因此，哲本文選億擇計(jì)算鬧模式中斜的第三服種方法獻(xiàn)。置本文在完建立有址限元計(jì)件算模型脫時(shí)，土懲體的材鉤料本構(gòu)朽關(guān)系采喬用的是笛Dru慕cke購(gòu)r-P敘rag總er桿模型。胸本構(gòu)模債型反映舍了土體犧的非線希性，此勤本構(gòu)模裝型的適撿用范圍馳較寬，很對(duì)于砂嗎土和粘湊性土都神能適用村。由實(shí)徒測(cè)可知奴，加筋獄土擋墻犁中土體信的應(yīng)力屆水平及傻地基的膨應(yīng)力水繼平一般恐不大，支也就是餃說一般寸不會(huì)發(fā)墨生大范凱圍的塑慧性區(qū)，蓋剪脹性稀的影響像較小。仿在模擬宿筋土之麥間、土休與面板合之間相溫互作用定時(shí)，引忌入的界劉面單元諷，可以愉較好的附模擬接粥觸面上寸的錯(cuò)動(dòng)西滑移和發(fā)張開，葉并能考蓬慮接觸穴面變形抹的非線房性特性變。采土工合脾成材料恢的與土敬的接觸主單元采卵用無厚權(quán)度謀的凈Goo廁dma故n恥單元既。桐1介用有限浸元方法刑的計(jì)算蔑方法感在有限外元分析洪中，抗?fàn)t拉強(qiáng)度旱較小的壁顆粒狀元材料所鼻組成的壯土體處再理成塑褲性體，供它的屈稱服準(zhǔn)則訊用瓦Dru柜cke霉r-P吃rag嫩e撐r燦屈服準(zhǔn)翼則，它奇是建對(duì)截Moh引r-C頭oul皆om府b柴準(zhǔn)則給輪予近似瓣，以此新來修燙正斬Von雙Mis孫s寶屈服準(zhǔn)郵則，即嚇在厭Von確Mis率s更的表達(dá)容式中包傳含一個(gè)債附加項(xiàng)姿。煩在程序辦中，土插體的等需效應(yīng)力鞠表達(dá)式餓為：盾婆遙盯呆（綁1宜）圣務(wù)-歡平均應(yīng)燈力來{S}尤-蓄偏差應(yīng)威力詳-搶材料常網(wǎng)數(shù)，用聞下式計(jì)仍算扣-挑土的內(nèi)戰(zhàn)摩擦角浙[M]場(chǎng)-足屈服力愈隨方向盆的變化傅矩陣萄屈服準(zhǔn)歌則的表探達(dá)式：廉迫（夫2箱）步-晌材料的亞抗拉極憶限強(qiáng)度剝當(dāng)衣和疲值給定孩后，其趨屈服面磚為服唇從途Moh世r-C懇oul翠om貞b落屈服準(zhǔn)惰則的外弦切圓錐姓面。清流動(dòng)準(zhǔn)初則：健土體任旁一點(diǎn)的些應(yīng)變?cè)錾塘繛椋菏街?反腳蹦標(biāo)衡e陡表示彈店性穗；誤p民表示塑旨性盞；得Q決-志位移勢(shì)攝函數(shù)式中：事為待定賄參數(shù)；孝由而彈艷性應(yīng)變娛為儉[D以]侮彈性矩慶陣則：底足盆我猾(3釘)捏利用屈鎖服函柴數(shù)員F魚，可以驢得出蝶修佩誕曬透(4)示夸料損赤扒哭(且5)牽k有-旬塑性變功形中所瞞作的功與將通（歲4樓）襪和紡(5塑)管帶入船（悲3老）得鞭程序中盼用相關(guān)汗準(zhǔn)則，舍即改Q=F籌在有限晨元分析極中將整駛個(gè)結(jié)構(gòu)蘇處理成司平面。略這樣處吊理也是丑和實(shí)際托工程相和符合的剃，因?yàn)樯鳛橐欢鷤€(gè)長(zhǎng)度躲比寬度揚(yáng)大得多毫的加筋節(jié)土擋墻包或加筋萄土坡，鬼并且往吩往這種州結(jié)構(gòu)的廈內(nèi)在因線素和外距來荷載域都不沿啟長(zhǎng)度變睜化，作拳為平面愈應(yīng)變問宏題是合茅適的。雀土體是呀一種塑澤性材料繳，在有筐限元分壞析中，厲處理案成咸8諷節(jié)點(diǎn)的暮四邊形書單元具僚有較高貌的精度乎。但是焰，用這玉種單元施建模劇時(shí)，腹考慮的落因素較推多，相協(xié)對(duì)來說臺(tái)不易實(shí)抓現(xiàn)。相園對(duì)來說擋，四節(jié)問點(diǎn)矩形侍單元建鐵模方便吧，計(jì)算午簡(jiǎn)便，駛因此在查分析中該采用拋圖停2宇四節(jié)點(diǎn)亂矩形單獸元。跪圖植1曉掙土體單燃元模型決拉筋材憑料用一腎維桿單禾元來模死擬。在商本分析興中，拉孕筋只具備有抗拉印強(qiáng)度，止而不存肚在抗壓甜和抗彎齒特性。塔由于它搞在一般溝情況下俗，其應(yīng)呀力應(yīng)變姿處于彈敗性范圍罵內(nèi)，故姨在分析籍的過程貴中把它鹽處理為校線彈性勇材料。索在只考趨慮水平裳位移的賭情況下壇，單元?jiǎng)庸?jié)點(diǎn)力閥與節(jié)點(diǎn)鵲位移的旦關(guān)系式師為顛燕囑翠獵島倆坑澤（津6固）式中：尸{繼}競(jìng)-插節(jié)點(diǎn)力款，橡-喘節(jié)點(diǎn)位沉移，渠[K]竄=恥A吵-您橫截面保積鼓l眨-鴿單元長(zhǎng)掛度寨圖法2雜仔桿單元志模型廣拉筋與悼土之間渾在施工光或運(yùn)行僑過程中染有相對(duì)類滑動(dòng)現(xiàn)睬象，即刻在拉筋德附近出盞現(xiàn)位移刪不連續(xù)艇的現(xiàn)象喚，因此悼，需要曬在土工尾格珊與交土之間瓶設(shè)置接服觸單元駝。接觸嫂單元為乖二維盼點(diǎn)佩-然點(diǎn)接觸揭單元。勸二維柔點(diǎn)盡-渴點(diǎn)接觸排單元用創(chuàng)來模擬耍兩個(gè)能識(shí)夠保持灑或斷開惕的物理戀接觸，潛并能夠餡模擬有愿相對(duì)滑來動(dòng)的面宋。本單數(shù)元只承將受法向丟壓力和堤切向剪渡力（庫(kù)倘倫摩擦端）。單杜元每個(gè)巷節(jié)點(diǎn)求有憐2洞個(gè)自由援度亞:潤(rùn)沿節(jié)點(diǎn)晉坐標(biāo)浙系吉x,掘y磨方向的撤平動(dòng)。宣本單元填可以在味法向進(jìn)淚行預(yù)加汁載或者終給定一牌個(gè)間隙疲。當(dāng)間摸隙比和睬切向沒普有滑動(dòng)忠時(shí)，制億定的剛閑度將作過用在法楊向和切讀向。即：淚單癥寶饞麗遷啞浩（門7騰）坐-篩摩擦系鑼數(shù)閱-松作用于媽間隙的疾法向力昏-超平行于著間隙的漲滑移力播法向力掉為：式中：功K畏-斃法向剛福度凳-勇節(jié)迫點(diǎn)水i筍在法向除的位移縣；化-皇影響因謎子律d性-斗節(jié)點(diǎn)間粒距離素滑移力瓜為：敏-零粘滯剛芽度儲(chǔ)-恒節(jié)宅點(diǎn)奮I額在滑動(dòng)蠻方向的歷位移隱-緒節(jié)結(jié)點(diǎn)栽J野若在滑動(dòng)鬼方向的良位移襲-鋸節(jié)拘點(diǎn)私I律和委J惠之間的叫相對(duì)滑雜動(dòng)位移譽(yù)單元?jiǎng)偝醵染仃?事例售圖矛3識(shí)伴加筋擋拌墻的形哨式卵表步1挖填土蛾物理力水學(xué)參數(shù)要Tab敗.搖1落山Phy范sic浴al證mec決han哄ics最pa承ram赴ete伴rs柔of保fil降lin弄g木參數(shù)臭密度溫彈模儉泊松比陶內(nèi)摩擦輔角雙（牢）姨巖性土允26繩310昌0臺(tái)0.2苦2檔40懼砂性土劉22巧．食50長(zhǎng)110核0彩0.2匪36蓬格珊內(nèi)環(huán)的填土風(fēng)22姻950導(dǎo)0.3限5誓38決基地片葵石扁22親600夠0膝0與．份35統(tǒng)80汪表欠2岔接觸騾單元的眼參數(shù)睬Tab咐.蛾2煤Par跡ame奉ter掩so濁fc藏ell批of紀(jì)in匹te秒rfa精ce光參數(shù)案法向剛泛度祥KN/樹m繁切向剛哥度柿KN/違m第摩擦系拳數(shù)陸路基土獻(xiàn)與面板鬧接觸單差元即100厭00瘋100為0絲0浙．效3站筋體土礙接觸單賴元爭(zhēng)100療000晌100赤00混0建．頓4衫面板采壁用混凝詢土材料權(quán)，它的經(jīng)設(shè)計(jì)參奪數(shù)為：辯密儉度寨24毯壇，彈性麗模極量打300駱0Mp畢a乓，泊松丈比識(shí)為獸0.3襯??；拉筋賴的本構(gòu)松關(guān)系采沈用線彈饅性模型展，其設(shè)純計(jì)參數(shù)銜采用值釋為：彈福性模柏量鑼800翻0趣。貼計(jì)算結(jié)臘構(gòu)分析輕：甩從郵圖羞5嬸～錯(cuò)圖駁9均的應(yīng)力停值等值醬線圖中抖，我們捎能夠看伴到加擋蒙墻后應(yīng)寺力分布跪比較均榴衡，不冬會(huì)出現(xiàn)循部分的愛應(yīng)力集絞中和局芹部破壞凱。啄從濃圖弱1她0泊～室圖聚1沿2豆對(duì)加筋目前后原基路基邊茅坡水平抽位移，頁(yè)豎向位呆移及等竭效應(yīng)力壺值進(jìn)行鮮比較，離我們能剩夠看到釀加擋墻橫后使路財(cái)基邊坡鑼水平向榜和豎向伐的位移便得到遏濟(jì)制，等擇效應(yīng)力志值減小錘。誓從節(jié)圖腹1車3縣～上圖兼1請(qǐng)5爬拉筋應(yīng)虜力水平穿向分布想圖中可拌以看出摸號(hào)加筋擋溪墻內(nèi)的診拉筋拉綁力最大值值出現(xiàn)溝的位置鬼與拉筋謎的埋置蠟深度有盼關(guān)。且薦在擋墻憑分層的絕上下是灑不同的囑，面板高分階的辰上層拉桃筋最大佳拉應(yīng)力捎值出現(xiàn)粗在靠拉助筋的后籠端，面戒板分階笛附近及驚面板分暴階的下健部拉筋磁拉應(yīng)力蹈最大值喉會(huì)出現(xiàn)河在拉筋境的前端拉。艙準(zhǔn)佩站暫財(cái)潑消紐鉗殲鎮(zhèn)彈哭弟靈或奮鄰還亦踢恒圖維4乎絹加筋后蓋路基邊炎坡和拉紀(jì)筋擋墻錦的網(wǎng)格富劃分嘉圖乒5存被加擋墻動(dòng)后的路偽基第一末主應(yīng)力取圖辭評(píng)秀圖籌6仇胞加擋墻曠后的路催基第二傷主應(yīng)力答圖法賓圖裙7摸加擋墻晉后的路誕基第三協(xié)主應(yīng)力盈圖硬圖仙8辮志加擋墻怠后的路竹基等效潑應(yīng)力圖嘆睡圖糖9冠抄加擋墻溝后的路找基剪應(yīng)辟力圖伙圖侄10頓扎加筋前纏后水平北位移比式較渾圖沾11馳違加筋前爸后豎向哈位移比瘡較尚圖士12假伶加擋墻柏前后邊拖坡等效技應(yīng)力值情比較化圖桌13闊蚊拉筋擋棟墻中的喊二層拉危筋的應(yīng)礎(chǔ)力值吵圖比14正儲(chǔ)拉筋擋騾墻中律的尾5反1授層拉筋慎的應(yīng)力惕值另圖新15北面拉筋擋稈墻中金的稠5蔥1竄層拉筋平的應(yīng)力高值兄3回偶結(jié)論村東（境1飽）有限惕元法為療計(jì)算不釣規(guī)則擋哄墻提供蘆了方便忽，根據(jù)泉現(xiàn)場(chǎng)的坐地質(zhì)情里況設(shè)定兩模型，帖能較方親便的計(jì)妖算出路狼基的各政個(gè)方向嗽的位移林，路基煮沉降量夾，各個(gè)芹方向的章應(yīng)力及罰應(yīng)變情款況；夢(mèng)（飾2短）節(jié)約墳了大量百的人力刃和物力幟進(jìn)行重顯復(fù)性的遠(yuǎn)工作，留并且在甜現(xiàn)有程摔序的基作礎(chǔ)上，鼻可以使破整個(gè)分麥析簡(jiǎn)單叉明了，染易于操鎮(zhèn)作，從活而使這關(guān)種有限諸元分析吊方法易姿于推廣凱；璃（以3把）現(xiàn)有雪的商業(yè)炒有限元瞧分析是考經(jīng)過大毅量的實(shí)啟際工程券驗(yàn)算過劈的，計(jì)恰算結(jié)果幻與實(shí)際環(huán)較為接碼近。因康此，這貼種做法悠具有工桑程實(shí)用看價(jià)值；孫（寨4澇）同極份限平衡過法相比姑，數(shù)值躁分析方恨法，尤勒其是有蠻限元法垮可以提萬供土體替的應(yīng)力屈場(chǎng)和變?cè)O(shè)形場(chǎng)，割在計(jì)算打中可以幼考慮土音體的非蘇均勻性響和非線滲性、土爆性隨時(shí)織間的變筆化、施依工步序虎和荷載盯變化，述計(jì)算成紋果能夠熊反映從偏施工開酬始至運(yùn)狀行期間榆土體變?cè)钚涡再|(zhì)勿變化的旱全過程塘。因此營(yíng)，它彌慰補(bǔ)了極謀限平衡崇法太粗光糙在一鳥定的假心設(shè)條件退下使用酸和太宏室觀無法粉描述各消單元和絨節(jié)點(diǎn)的潮性狀的砌缺陷。緊參考文留獻(xiàn)：幕[1]狠垮冷天儀清違,爭(zhēng)曾德率榮危.著公路支狂擋結(jié)