基于文克尔假定的土工格室加筋体受力分析.pdfVIP

水 利 学 报 年 月 第 卷 第 期 文章编号 基于文克尔假定的土工格室加筋体受力分析 赵明华 张 玲 马缤辉 湖南大学土木工程学院 湖南长沙 摘要 针对土工格室加筋体的受力变形特性 将格室体视为置于弹性地基上的梁 基于文克尔假定 建立考虑水平 摩阻力影响的土工格室加筋体的挠曲变形微分方程 从而得到了土工格室加筋体在集中荷载和均布荷载共同作用 下的挠曲变形幂级数半解析解 在此基础上 分析了格室体长度 格室体刚度 地基反力系数及筋土界面水平摩阻 力等因素对格室体挠曲变形及内力的影响 结果表明 格室体的设置可有效地减小路基沉降 但也存在着尺寸效 应 地基土体地基的反力系数对路基沉降有较大的影响 该系数越大路基沉降越小 筋土界面水平摩阻力对格室体 的挠曲变形及弯矩有一定程度的削弱作用 在工程设计中值得考虑 关键词 软土路基 土工格室加筋体 变形分析 假定 水平摩阻力 中图分类号 文献标识码 问题的提出 土工格室 是 世纪 年代研发的一种新型土工合成材料 它是由高强度的高密度聚乙 烯 焊接或组装而成的三维蜂窝状结构 具有材质轻 耐磨耐熟 拉伸强度高 刚 性 韧性好 抗冲击力强等特点 可与格室内填充的砂 石 土等填料共同构成具有一定抗弯 抗剪和抗压 能力的柔性筏板基础来提高地基承载力 减少沉降和不均匀沉降 目前该类土工合成材料不仅广泛应 用于软土地基加固 边坡防护 挡土墙修建等岩土工程 而且因其与砂 石等填料共同作用后形成良 好的反滤 排水 隔离 加筋 保护及防渗等作用 而广泛应用于渠道防渗及水库大坝反滤排水防渗等水 利工程中 土工格室是一种极具发展前景的土工合成材料 国内外许多学者从不同角度对其进行了 研究 但因格室体的加固机理复杂 到目前为止 其理论研究尚处于发展阶段 其变形计算尚无统一 方法 而变形是路堤设计的一个重要方面 因此有不少学者对格室体的受力变形进行研究 取得了一些 成果 如殷建华 谈至明 张福海 等对传统的弹性地基梁理论进行改进 在土工格室加筋体的竖 向变形分析中考虑了筋土界面水平摩阻力的影响 取得了良好的效果 但这些方法仍存在一些问题与不 足 如只给出了格室体在无限或半无限假定条件下的具体解答 未给出其有限长梁解 且不能反映筋材 拉力沿轴向变化实际情况 为此 本文拟对传统的弹性地基梁理论加以修正 基于文克尔 假 定 考虑筋土界面水平摩阻力的影响 给出格室体荷载作用下受力变形的有限长梁幂级数解答 计算模型与求解 计算模型 对城市防洪路堤工程而言 土工格室的纵向长度远大于横向宽度 故可沿纵向取宽度 为 的土工格室加筋体进行分析 把土工格室加筋体视为一维的弹性地基梁 图 梁的长度为 宽 度为 根据 假定 地基反力 应满足 收稿日期 基金项目 国家 计划资助项目 作者简介 赵明华 湖南洞口人 教授 主要从事桩基础及特殊土地基处理等方面的研究 式中 为竖向地基反力系数 可由试验确定 或按现有的工程手册或参考书中的数据估计 为格室 体的竖向挠曲变形 图 土工格室加筋体受力计算模型 图 土工格室加筋体简化计算模型 由于土工格室加筋体与其上下接触面土体之间的摩阻力不仅为土 体提供了侧向约束力 而且该摩阻力也作用于格室体本身 对格室体的 应力及变形进行调整 常规的弹性地基梁理论不计水平向变形的影响 只考虑梁板竖向变形作用 故无法反映土工格室加筋体的受力机理 因 此 本文对传统弹性地基梁理论加以改进 在格室体的挠曲变形分析中 考虑筋土界面水平摩阻力的影响 为简化计算 假定荷载 作用在格 室体的中点 故中点转角为 从而格室体的计算可简化为图 若取 图 土工格室加筋体微段受力分析 格室体微元进行分析 图 对微元体右侧中点取矩 由 有 式中