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竖向力总和包括加筋体的自重、加筋体上的路堤填土重和作用于加筋体上的土压力的竖向分

发布时间:2019-12-22 14:46    点击次数:81次   

  ——竖向力总和包括加筋体的自重、加筋体上的路堤填土重和作用于加筋体上的土压力的竖向分力 ——水平力总和 ——加筋体底面与地基土之间的粘聚力 ——加筋体底面与地基土之间的摩擦系数。 抗倾覆稳定性分析为保证加筋土结构的抗倾覆稳定性 需验算其抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力 用抗倾覆系数娲表示 。——倾覆

  ——竖向力总和包括加筋体的自重、加筋体上的路堤填土重和作用于加筋体上的土压力的竖向分力 ——水平力总和 ——加筋体底面与地基土之间的粘聚力 ——加筋体底面与地基土之间的摩擦系数。 抗倾覆稳定性分析为保证加筋土结构的抗倾覆稳定性 需验算其抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力 用抗倾覆系数娲表示 。——倾覆力系对加筋体墙趾的力矩。据调查 倒塌挡墙 以上毁于倾覆 除了设计参数选用不当和捕工质量等原因外 压力分布和合力作用点理论和计算和实际不符。试验表明 挡土墙的土压力分布呈先增后减的弓字形 且台力作用点也多在 以上 一般在 之间。湖南省交通科学研究所王渭漳等 从库仑的基本假定出发 采用与库仑相反的计算程序来求解新的土压力计算公式 可求得任意土质、任意墙背倾角、任意倾斜填料面的墙背主动土压力非线性分布的通用解 取得了较满意的结果。 地基承载力分析地基承载力验算就是要验证加筋体在总竖向力作用下 基底压力是否小于地基承载力。由于加筋体承受偏心荷载 因此基底压力应按梯形分布或梅耶霍夫分布考虑。一般多采用梯形分布。则基底应力为 口一二—基底最大压应力。——基底最小压应力 的偏心距孝一如果盯。 整体抗滑稳定性分析整体抗滑稳定性分析即加筋体随地基一起滑动的验算 其目的在于确定潜在破裂面的稳定系数 目前大多采用圆弧滑动面法进行验算。在进行验算时 应考虑埋置于填土中的拉筋的作用 一般有以下三种方法 设拉筋长度不超过可能的滑动面可以按普通的圆弧法计算 破裂面穿过拉筋 在加紧体部分考虑因拉筋产生的准粘聚力 而将该力视为稳定力 计入稳定力矩中。 破裂面穿过拉筋 将伸入破裂面后的拉筋产生的抗拔力对破裂面圆心取矩 视为稳定力矩 当拉筋的抗拉强度小于抗拔力时 则应以抗拉强度控制 计算稳定力矩。圈 加筋土结构的外部稳定性分析上述后两种方法比较复杂 一般情况下与第一种方法算出的滑动圆弧最小稳定系数差别不大 因此常按第一种方法进行整体抗滑稳定性分析。整体抗滑稳定性系数为 条块滑动弧的法线与竖直线的夹角。对于加筋土的整体稳定性分析法国有资料介绍了两种圆弧滑动面 这两个方法都是考虑破裂圆弧产生在加筋土结构内部而穿过拉筋的。第一种方法研究圆弧滑动范围内分条的平衡 和常用的条分法一样 称为条块法第二种方法研究滑动圆弧所围定的整个滑动区的稳定 称为整体法。 沉降分析加筋土结构的沉降由两部分组成 填料的沉降和加筋体下地基土的沉降。填料的沉降可通过压实而减小 地基土因加筋体自重及上部荷载引起的沉降 尤其是不均匀沉降必须控制在容许范围内。由于拉筋具有柔性 能较好地随地基下沉而变形 因此顺拉筋延长方向能克服较大沉降差 但沿墙面板的延长方向却必须严格控制不均匀沉降。目前尚无公认的容许沉降值或容许沉降差的标准。根据墙———— ————————————一东南大学硕士学位论文面容许的变形量不同而规定容许下沉量可取下列经验值 混凝土墙面板 金属墙面板 在预计有较大不均匀沉降的地段 可把加筋土结构在构造上分为若干段 段间设置沉降缝。加筋体地基的沉降计算方法和其他建筑物计算一样 把加筋体结构视为一个整体 按土力学中浅基础沉降和填土沉降计算方法 一般采用分层总和法 来进行估算。 设计中的几个问题加筋土挡墙的内部稳定性分析主要是确定拉筋的拉力和验算抗拉和抗拔稳定性 它与加筋体的破裂面形状、拉筋与填土间的摩擦作用以及土压力等因素有关。 破裂面的形状图 破裂面的确定加筋体的潜在破裂面为拉筋最大拉力点的连线。国内外通过室内模型试验和现场足尺试验获得大量资料 加筋土结构的破裂面位置和形状归纳起来大致有三种情况 一是按郎金一库仑土压力理论 士体的破裂面与水平面成 。二是加筋土结构的破裂面为对数螺旋线面其交顶面填土于距墙面板距离为 币为填土内摩擦角处。三是破裂面在墙的下部接近朗金理论破裂面。上部则与墙面平行 交顶面填土与距墙面板 处。此外还有试验结果表明 破裂面为面向墙面扳的弓形。其实 这些结果都各自反映各自不同的试验条件。在墙身被有足够强度的拉筋锚定时 只有墙身可以有一定的位移时才会出现朗金面。另外 破裂面形状与加筋层的间距也有密切关系 如果间距较小 拉筋密度较大 土拱作用得以形成 加筋间填土的抗剪强度增大 破裂面形状呈对数螺旋线型。与此相反 若加筋层间距较大 筋间填土强度提高较小 而拉筋强度得到充分发挥 郎金破裂面得以形成。所以 加筋土体的破裂面形状和位置随试验条件和设计参数第二章加筋土结构的设计方法丽定。但是 大量的试验和实践证明 只要施工时层厚较薄且压实充分 则即便是延伸率很高的土工织物 非织造织物 也只观察到 的水平位移。目前 普遍认为法国的试验比较符合实际工作情况 实用上简化为 线破裂面 但这种简化没有考虑填土的内摩擦角中值等因素。根据理论与试验结果常见破裂面的形状有四种 型、郎金一库仑型、对数螺旋线型和双线型 。目前 应力分析法采用 线型 库仑法和土压力平衡法采用郎金一库仑型 位移法和剪胀区法采用对数螺旋线型 两楔体法采用双线型。在实际设计中 常用 以下的挡墙后者则适用于柔性、可拉伸的刚度相对低的筋带及墙高较大的挡墙 似摩擦系数‘的确定加筋土中的似摩擦系数厂是填土与拉筋的滑动摩擦、土颗粒之间的互相咬合以及拉筋凹凸引起的土抗力的综合。对于似摩擦系数 要考虑土的内摩擦角、土的密度、拉筋上的垂直压力、结构的几何形状、拉筋的长度、宽度以及粗糙程度等因素。试验表明 与土的密度和拉筋表面粗糙程度和筋土的相对位移成正比 与填土高度、荷载大小和拉筋长度成反比。同时 它还与土的种类有关 当剪切位移较大时 筋材与砂土的摩擦角大于砂土的内摩擦角 筋材与粘土的摩擦角始终比粘性 的内摩擦角小。因此 在确定厂时应了解土的种类、密度、抗剪强度、拉筋尺寸和结构形式等 宜模拟实际工程的情况迸行拉拔试验。根据拉筋似摩擦系数随垂直压力 增加而减小并趋于稳定的试验结果法国、日本等提出似摩擦系数的计算公式如下 ——填土的不均匀系数识——拉筋与填土的摩擦角。当缺乏资料时 可取矗 。国内有学者认为填土与筋条间的似摩擦系数与填土厚度之间符合双曲线关系 设计时可采用 墙高处的值 即可用平均似摩擦系数来进行计算口引。 土压力系数足 的取值士压力系数 取值直接影响到拉筋拉力的大小和加筋体的稳定性。目前 关于 的取值有两种观点。一种认为当加筋体墙面产生一定的侧向位移 其破裂面为郎金一库仑破裂面土体达到主动应力状态。这时 土压力系数芹为主动土压力系数厄 土压力平衡法和总体平衡法就是基于上述观点 取肛咒。另一种观点则认为要使士体处于主动状态 墙面需要有一定的位移。加筋土挡墙墙内由于拉筋约束了墙面板的位移 且侧向应变随深度而增加 因此在墙项处于静止土压力状态 而在墙脚处由于施工期问抗拔阻力不足以克服侧向土压力 使墙面产生侧向位移 使其接近主动状态。墙体中部则处于静止状态和主动状态的过渡区。应力分析法就是基于这种观点按下式计算土压力系数丘 还有学者认为从理论分析及些现场观测中得出加筋土墙内的应力状态接近静止状态 而紧靠面板后的填土部分近似主动状态 从而认为在墙面板附近的拉筋受主动土压力的影响 。有的设计理论提出在施工中采用让墙面板处的拉筋松弛以达到主动状态所需的位移 使土压力减小。对于疋的取值 推荐使用郎金理论进行内部稳定性分析推荐使用库仑理论进行外部稳定性分析。实际工程设计中 处于安全考虑 一般均采用郎金理论进行计算。总之 由于加筋土结构的复杂性 其尚不能完全依靠严密的理论分析方法去解决实际问题 所以在设计中 基本原则还是以岩土力学原理为基础 结合加筋工程的具体条件建立起来的实用分析方法 同时配合工程实践得到的半经验或经验方法 或者利用原型观测和试验以解决实际问题。对于一般工程主要以极限平衡原理为基础。考虑加筋引起的部分拉应力的影响 同时配合工程实践的经验参数和计算方法进行设计 对于比较复杂或特殊的工程则应用岩土力学有限元分析原理 考虑加筋材的性质和界面反应或复合材料性质进行分析 同时应用原型观测和试验配合分析检验。东南大学硕士学位论文第三章加筋土结构设计参数的研究 加筋土结构的设计参数 主要设计参数加筋土结构的设计参数包括几何参数、荷载参数、土的参数和筋材参数。 几何参数 主要包括结构的高度、宽度、倾角、填土及地基坡度等 荷载参数 主要包括荷载类型、作用方式、作用位置及大小等 土的参数 主要包括加筋土、回填土和地基土的重度、内摩擦角、粘聚力以及填土与结构的摩擦角等 筋材参数 主要包括加筋层数、间距、倾角、加筋率、筋材抗拉强度及筋土界面的似摩擦角和似摩擦系数等。在加筋土结构的设计参数中 几何参数和荷载参数是根据工程实际确定的客观参数 筋材一般为批量生产的定型产品 性能相对稳定 参数的变异’陛很小。相对而言 与土相关的参数变异性较大 对其参数的取值要进行分析。 土参数的取值分析土参数的确定在加筋土结构的设计中十分重要 在极限状态法中 一般有三个步骤 一是计算参数的平均值‰ 二是计算参数的标准值机 三是确定参数的设计值 。参数数学期望值的计算是十分熟悉的 但参数标准值是一个十分重要的概念 也是规范 中土参数取值的基础。通过统计计算分析 很多文献提出了如下的表达式 厂矿、也一等 瞻一参数的变异系数一般土的变异系数见表 土主要指标的变异系数的分布即取值上式一般要求样本的个数显然实际工程中往往是难以达到的 所以 在现有资料和经验基础上的个人判断与估计 往往在参数的取值中占有重要的地位。第三章加筋土结构设计参数的研究当先验资料和测试样本数均充分的条件下 理论可充分利用这两方面的信息显示出极强的合理性和实用性。其表达式如下 卜变量标准差。下标——占表示估计 表示试验样本的统计值 表示先验估计值。参数设计值则根据标准值及参数分项系数得到 加筋土筋材的张拉特性及设计取值 合成材料应用于加筋土的核心问题之一是加筋材的张拉特征 设计张拉强度的取值决定了结构的稳定性和工程造价。目前 加筋土筋材的张拉特性的设计取值方法主要有应力法和应变法。 应力法合成材料加筋土结构的设计 首先应确定合成材料的设计张拉特性。传统方法是采用短期的等速张拉试验 得到极限张拉强度 直接与合成材料的张拉特性有关但同时受张拉试验的应变速率、温度等因素的综合影响。兀“的最主要的问题是无法反映合成材料的张力一应变 时间 温度的综合特征。正因为如此 等学者提出了采用长期的持续荷载张拉试验 结果用于设计 其主要特点是考虑了合成材料的张拉特性的时间规律 特别是蠕变等影响。 在此基础上 进一步提出了位于土体介质中合成筋带的张力 应变一时间一温度特性的试验研究问题。目前 合成材料张拉强度采用长期设计容许值 国外许多规范考虑了分项修正系数的概念其表达式一般可以写成 ——极限张拉力的最小平均值查塑查兰堡主堂些堕苎——打——合成材料的折减修正系数 由蠕变分项修正系数 、耐久性分项修正系数胄昂 以及施工危险分项修正系数 组成 稻一一加筋土结构抵抗其它未定因素的总的安全系数。由于等速张拉试验是一种传统的、操作方便的试验方法 其极限张拉强度咒“指标的应用目前仍然相当普遍 因而采用该项指标并进行相应的折减来确定合成材料筋材的张拉强度设计容许值是比较完善的 式中晶。为等速张拉极限强度的折减系数国外有学者建议矗 目前在工程中采用的合成材料允许抗拉强度咒值通常按下式计算 兀。——合成材料的极限抗拉强度由试验测定 一考虑铺设时机械破坏的系数 提出了一种利用允许相容应变岛确定合成材料允许抗拉强度的方法。允许相容应变的含义是如果加筋合成材料的模量小到可以忽略不计 则堤坝濒临破坏时的最大应变即为允许相容应变。在进行加筋堤坝的稳定分析时 合成材料的拉力不要超过死。 即为台成材料的允许抗拉强度 按下式计算 卜—啥成材料在帖品范围的割线模量。在此基础上参照式 应力法和应变法存在着很大的不同前者考虑合成材料能承受多大的拉力 后者主要考虑结构能使合成材料发挥多大的拉力。应力法主要控制合成材料的拉力 应变法主要控制合成材料的应变 再由应变计算应力。从土工合成材料的受力机理第三章加筋土结构设计参数的研究而言 土工合成材料完全靠其与土体的摩擦力来传递拉力 土体受外荷作用而变形后 通过摩擦力来带动合成材料变形而使其受力。如果没有变形 合成材料就不会受力。要控制土工台成材料受力 应主要控制其变形 因而采用应变法来确定合成材料的允许抗拉强度更为合理。另外 由于加筋结构允许的合成材料的延伸率比合成材料实际可能的延伸率要小得多 合成材料与土体不可能同时达到极限状态 当加筋结构进入极限状态时 合成材料尚未达到极限状态。因而 采用应变法 士工合成材料的允许抗拉强度要以加筋结构所允许的合成材料应变来控制 丽不是仅考虑合成材料所能提供的拉力来确定。 蠕变特性的影响合成材料的蠕变特性对其张拉设计强度的影响较大。一般通过无约束蠕变试验测定蠕变分项修正系数 但测定结果偏于安全 使加筋土结构的设计过于保守。后来有学者提出了将合成材料置于土中并施加法向荷载的约束蠕变试验 这一方法被认为较好的反映了合成材料在土介质中的蠕变特性 是克服合成材料加筋土结构设计过于保守的重要途径之一。试验表明 约束条件对初始应变及总应变的影响很大 比无约束条件下的试验值小得多。而且 多种合成材料在荷载为 丁山条件下 进行持续张拉 试验历时近 然后对持续张拉后的合成筋材进行常规张拉试验 】。结果发现 这类台成材料的短期张拉强度 与蠕变试验前的初始状态相比未见衰减 甚至个别试样在蠕变试验后还略有提高。这一结论并不否定合成材料在静荷载下的蠕变特性 但表明在设计年限内 进行加筋土结构的瞬时荷载 例如地震力等 验算 合成材料的张拉强度无需随时间而折减。约束蠕变试验尽管考虑比较全面 但测试结果不够稳定 尤其是对筋土接触面法向应力对试验结果的影响难以准确描述 还需进一步研究和完善。 加筋土填土的强度特性及设计取值加筋土结构设计中 士体的强度一般仅考虑内摩擦角母 而粘聚力除了压实后具有固化作用的某些工业废渣 一般填土在加筋土的设计中粘聚力均按零考虑。对于内摩擦角妒的设计取值 通常可采用两种方法确定 一种是采用峰值强度指标 另一种是采用残余强度指标。传统的极限平衡法 采用的是峰值强度‰ 而在极限状态法的临界极限状态分析中 有学者建议采用残余强度币。 而在功能状态分析则建议采用相关摩擦角 。目前国内外一些规范仍然直接采用峰值强度。进行加筋土结构的设计 并建议采用一分项修正系数 对其修正峰值强度对应于一临界状态 其大小与土体的密实度等施工质量密切相关 可靠性显著低于残余强度 设计时修正是合理的 东南大学硕士学位论文但取值尚无理论支持 是纯经验性的 而残余强度与极限状态法的临界极限状态相吻合 即应有足够的土体应变 而在功能状态分析中 加筋土的应变有很小 一般 对应的相关摩擦角平。同样更接近‰。 见图 。所以 填土设计强度采用 对应的分项修正系数取值概念清楚 取值合理、简单 可以作为设计的首选方法。而在缺少设计资料时 可采用峰值强度 一般取 。的取值大小将直接影响设计的效果。另外 当采用填土强度来确定筋土界面的似摩擦角或似摩擦系数时 也存在类似的问题 也可按上述方法取值。卫争爱蜷鲞 土体的内摩擦角州的关系曲线对于粘性土由于粘聚力的数值难于恰当的确定 常采用换算内摩擦角进行计算。这是因为填料粘聚力的存在对主动土压力影响很大。用换算内摩擦角来计算粘性土的主动土压力 实质是将粘聚力的“粘结”作用用“摩擦”的等效作用来代替 亦即增大内摩擦角的数值 把粘聚力的影响考虑在内摩擦角这一参数内 然后再按砂性土计算土压力。常用的换算方法有 把粘性土的内摩擦角值增大 根据土的抗剪强度相等的原理计算换算内摩擦角计算公式为

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