基于北京理ie岩土软件和plaxis的软土地基加筋路堤稳定性计算方法研究

　　基于北京理IE岩土软件和PLAXIS的软土地基加筋路堤稳定性计算方法研究-->第1章绪论1.1论文的研究背景、目的及意义1.1.1研究背景 我国幅员辽阔,土质多样,将不可避免地在游泥、泥炭等软土地基上修建高速公路。软土的特点是天然含水量高、孔隙比大、抗剪强度低、变异性大、透水性低,尤其是滨海软土地区,地下水位高,软基区域面积大,在路堤影响范围内,地基两侧基本无约束。在软土地基上填筑路堤容易发生失稳破坏、沉降变形大、路基整体性差常伴随有明显的不均匀沉降,在路堤填筑施工和运营期间,应进行稳定性验算和沉降计算。高速公路在通过软土地区时,填方路基在施工、运营期间的稳定性和建成后的工后剩余沉降、不均勾沉降已成为高速公路设计和施工中的一个关键性技术问题。目前我国正处于高速公路建设的高峰期,为了达到我国高速公路建设的高标准、高要求,确保高速公路的使用寿命、行车过程中的舒适性和安全性,必须对这些不良地基进行加固处理。目前常用的软基处理措施主要有:浅层处治(如置换法)、超载预压法、竖向排水体预压法、轻质路堤法、粒料桩法、反压护道法和加筋路堤法等。加筋路堤是指把筋材至于路堤内部,发挥加强或保护土体的作用[3]。加筋路堤加固效果好,尤其是现代利用土工合成作为筋材的加筋路堤,能有效地减少软土地区路基的侧向水平位移和增强路基稳定性;明显减少路基的不均匀沉降,增强路基的整体性;可以在不影响路堤稳定性的情况下增陆边坡,从而减少道路对耕地的占用;加筋路堤可以就地取材,因地制宜,对环境的扰动小,价格低廉;并且加筋路堤施工技术简单,可以明显地缩短施工工期[3]。由于加筋路堤所具有的这些独特优越性,加筋土工程在我国软土地区得到了广泛应用,其中包括加筋路堤,相应的研究工作也不断深入。值得注意的是,我国加筋土工程的起步几乎与国外同步,但我国更加注重于实践,轻视了理论性研究、现场观察和模型试验,导致我国加筋土工程的技术水平严重落后于国外”]。由于土体本来就是一个非常复杂的本构体,再加上筋土间复杂的相互作用,使得加筋机理更加模糊,公路软土地基路堤设计与施工技术规范(下文简称“软规” )明确指出:在软土地基上修筑路堤,应进行稳定验算与沉降计算,这表明在正常情况下均应严格进行稳定验算,实际上,稳定验算也是沉降计算的前提,前者是温饱,后者是小康,只有前者得到满足的前提下,方可讨论沉降(主要是工后沉降)。尽管不同的学者提出了不同的稳定性计算方法,但都得不到统一,理论研究明显落后于工程实践,在一定程度上阻碍了加筋土工程的发展和应用,在现有的加筋土结构中,也难免造成了人力、物力的浪费,无形之中增加了工程的投资成本,因此迫切需要对加筋路堤稳定性做更深入的理论研究。1.1.2研究目的及意义为了进一步促进加筋土技术的发展,使其更好地服务于我国的公路建设,有必要对加筋路堤的稳定性做出更加合理的评判,这样有助于设计人员对加筋土结构做出合理的调整以实现设计、施工过程中的经济效益,保证工程在施工以及运营期间的安全性。在进行路基稳定性评判时,与定性分析边坡稳定性相比,人们更关心的是定量计算边坡的稳定性,边坡稳定性的定量计算方法主要有极限平衡法、数值计算法、极限法、可靠度法及模糊数学法等[5]。在目前被广泛接受和应用的主要有极限平衡法中的条分法和数值计算中的有限单元法。极限平衡法是路堤稳定性计算中应用最普遍也是时间最长久的计算方法。在工程中积累了不少实践经验,也是加筋土路堤稳定性计算的传统方法。极限平衡法简单明了,易于理解和掌握,但也过于简化,此法简单地把加筋效果等效为拉力,实践证明,极限平衡法在稳定性计算中过于保守"“ ,尽管有研究人员对这种第2章理正软土路堤软件和P1axis在加筋路堤稳定验算中的对比2.1软件介绍2.1.1理正软土路堤软件北京理正软件设计研究院公司成立于1995年7月,始终为勘察设计行业提供全面的信息化建设服务,此公司研发人员以设计规范为依据、结合我国岩土工程特性、不断吸收用户建议、吸纳国内外先进的分析计算理论与方法,经过长期的艰苦奋战终于研制出这套北京理正岩土软件。第3章加筋路堤稳定性算例分析............333.1数值模型建立............333.1.1理正软土路堤软件模型建立............333.1.2Plaxis有限元数值计算模型建立............373.2理正软土路堤和Plaxis软件计算结果分析............413.2.1潜在滑移面分析............413.2.2加筋路堤中筋材的受力特点............473.2.3稳定性安全系数分析............48 3.3本章小结............49第4章Plaxis的加筋路堤稳定性参数敏感性分析............514.1筋-土摩擦系数............524.2筋材轴向刚度............544.3加筋层数............574.4本章小结............60第5章论文结论和展望............62第5章论文结论和展望本论文通过对北京理正岩土软件和Plaxis有限元软件在软土地基上加筋路堤稳定性做系统比较,并采用目前国内外最常用的有效应力法(准毕肖普Bishop法)和强度折减法进行算例分析,在综合比较两软件功能和性能情况下,采用Plaxis有限元软件对筋材参数进行敏感性分析,主要得出如下结论:1)Plaxis有限元软件与北京理正岩土软件相比,更能模拟复杂的施工现场,如斜坡软土地基上路堤填筑、地基两侧存在约束情况以及不在同一水平面上的地下水情况等。 2)北京理正岩土软件开发的主要目的是作为《软规》中的一种电运算程序,其对加筋路堤稳定性的计算方法主要来自于《软规》中传统的极限平衡法,依据条分原理,对滑裂面处进行静力平衡分析;Plaxis有限元软件采用强度折减法,通过对土体和界面强度进行折减,计算加筋路堤稳定性。3)在北京理正岩土软件中把筋材做用等效为拉力,筋材拉力为线性分布,并在路基中心处筋材拉力达到最大值,轴力的大小仅仅与筋土摩擦系数以及锚固长度有关;Plaxis有限元中通过界面模拟筋土间的相互作用,筋材作用不仅仅只等效为拉力,而且也作为路堤土中的一部分参与计算,通过弹性理论中的应力应变关系计算筋材拉力,筋材拉力形状不仅与筋材自身参数有关,还随着加筋位置的不同而变化。4)北京理正岩土软件和Plaxis有限元软件在对软土地基上加筋路堤稳定性进行分析时,在路堤填筑过程中,稳定安全系数都有相同的变化趋势,都可以考虑因固结而-->引起的变化,但当路堤填筑完成后,北京理正岩土软件因固结作用而引起的稳定安全系数变化不明显,Plaxis有限元软件稳定安全系数可因固结作用而增大得比较明显。 5)北京理正岩土软件尽管可自动搜索最危险滑移面,但滑移面形状只能为假设的光滑圆弧,不因筋材、土体等其他因素的改变而改变,路基的破坏形式只能是假设的圆弧形滑移破坏;Plaxis有限元软件事先并不知道潜在滑裂面形状,只能通过强度折减法计算之后,由位移增量图看出潜在滑移面形状,并且还可由位移增量云图,看出路基可能存在的破坏形式,如路堤土沿筋材整体性滑移破坏、筋材下方土体的挤压破坏等,并且可由于筋材的作用而改变潜在滑裂面形状。6)通过对筋材参数敏感性进行分析,得出因根据工程实际情况,综合考虑筋一土间相互作用以及稳定性安全要求,选择合适的加筋材料与加筋路堤结构。筋土间光滑程度可影响路基稳定性破坏形式,筋材轴向刚度主要影响加筋轴力,加筋层数的增加可直接影响工程成本。并可根据筋材的铺筑位置选择不同型号筋材,达到工程的经济效益。