包裹式加筋邊坡破壞機制有限元分析畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 離心模型試驗，并結合數值分析的方法，研究了添置格柵的諸多因素對路堤邊坡的穩定性的影響。 ， （ 20xx） [20] 他在離心試驗模型中研究加筋邊坡在豎向荷載的作用下的破壞特點。在實驗過程中和通過數字成像技術記錄了土體的位移變化狀況。實驗結果說明土體應力的峰值在荷載的正下方。 ， （ 20xx） [21] ， JianFeng Chen， SongBo Yu （ 20xx）[22] 利用離心模 型試驗研究軟土地基上的格柵加筋路堤，在試驗中監測路堤沉降、土壓力和孔隙水壓力，加筋路堤在表面自下出現不同程度的裂縫。 ， （ 20xx） [23]他在這個離心試驗模型中采用了不同于荷載加載的加載方式，轉而采用使之產生不均勻沉降的加載方式。試驗證明地基的不均勻沉降對于邊坡整體的穩定性并無很大的影響，位移的峰值在不均勻沉降處產生。 大型現場試驗研究現狀 王曉鵬，史鋒，郭宇楠（ 20xx） [24] 針對 5 種工況的格柵加筋路堤邊坡進行現場試驗，對各種工 況下土壓力、格柵應變和路堤沉降進行跟蹤觀測，并比較分析了格柵應變、土壓力和沉降的變化規律，進而研究了加筋層數及加筋類型對路堤結果性能的影響。 楊廣慶 ,周亦濤等 (20xx) [25] 對某高速公路加筋土擋墻水平土壓力和土工格柵拉筋位移進行了系統測試。研究表明，施工期間土工格柵加筋土擋墻墻背土壓力隨填土高度的增加而增大，其數值均小于理論計算結果，土工格柵拉筋在施工期應變變形較大 ,工后應變非常小 ,擋墻下部土工格柵拉筋端部應變隨填土高度變化較大，在加筋體錨固區末端存在過渡區，其工程特性逐漸向非加筋體填土過渡 。 研究內容 包裹式加筋邊坡通過向土體中添置柔性筋材增強邊坡承載能力，具有造價低廉、施工簡便、與邊坡綠化緊密結合的優點，近年來在工程中得到了廣泛的應用。但是，受到其受到作用力時的破壞機制仍不明確的影響，設計理論尚不完善，往往都是根據以往的工程經驗進行設計。顯然，這樣的設計明顯的缺乏理論的佐證。 本文通過 plaxis 有限元軟件，對某一包裹式加筋邊坡模型的筋材埋置深度，筋河北工業大學 20xx 屆本科畢業論文 5 材埋置間距等參數進行分析，進而從中得出結論，以期為日后的包裹式加筋邊坡設計提供理論的佐證。 研究方法 由于缺乏實驗的器材，本課題的研究是通過有限元軟件來進行的。但是，必須承認的是有限元軟件模擬加載所得到的實驗數據同真實的實驗數據相比是存在很大的誤差的。故而，在進行本課題的研究之前，必須對我們的研究方法進行驗證，確保實驗數據的真實性。 模型參數 校核 同濟大學李飛前輩在其博士論文中詳述了一個包裹式加筋邊坡的荷載實驗過程。通過有限元軟件建立該實驗中的模型進行模擬加載，將獲得的 PS 曲線同論文中給出的曲線進行對照即可。 根據論文中的描述，所要建立的模型是一個斜率為 45 度的小型邊坡，模型整體長度 為 900mm，整體高度為 500mm，左側留土 250mm，右側留土 400mm，下側留土 250mm。其他數據可由下左圖中得出。根據論文中提到的參數，土的重度，土的飽和重度為 ，土的變形模量 30MPa，泊松比 ，內摩擦角 45 度。將上述數據輸入即可將有限元軟件的計算模型建立完成，如下圖 和 所示。 圖 某實驗模型圖 圖 plaxis 數值模型 本次模擬加載采用的是位移加載方式，通過規定變形，來讀取應力的方式 進行數據的獲取。通過加載所獲的的數據立圖表即可得到由有限元軟件模擬加載獲得的 PS曲線（圖 ）進而與真實的實驗數據建立的 PS 曲線（圖 ）進行對照。 河北工業大學 20xx 屆本科畢業論文 6 圖 數值模擬結果 圖 試驗結果 然而僅僅依靠 PS 曲線并不能夠完全驗證研究方法的正確性，還需要比較兩種情況下的位移云圖以真正的確認研究方法的正確性。根據論文中給出的實驗數據，選取沉降量為 20mm 情況下的位移云圖進行對照 （圖 和圖 ） 。 圖 數值 模擬結果 圖 試驗結果 河北工業大學 20xx 屆本科畢業論文 7 根據上述四副圖片的對照可以很清楚的發現，通過有限元模型模擬加載所獲的數據與通過真實實驗所獲得的數據相差無幾，這樣也就有力的論證了，本文研究方法的正確性及科 學性，為接下來的研究做出了很好的鋪墊。 研究 思路 本文采用了新的筋材埋置方式，眾所周知在實際加緊邊坡的施工過程中，設計方與施工方往往為了方便起見統一筋材的埋深，使得筋材左邊沿與邊坡平行。但是這種方式對我們研究筋材埋深對邊坡的影響，并非十分有利。筆者認為，要研究筋材的埋深必須要保證每根筋材都能在最大程度上發揮作用。所以本文采用將筋材左端部對齊的方式進行建模 ,以保證每根筋材的埋深都能從較小值擴大的較為理想的狀態。 河北工業大學 20xx 屆本科畢業論文 8 2 筋材間距影響分析 2． 1 有限元模型建立 在上文中論文模型基礎上進行改造建立使用于本次研究的模型。為了保證變量即筋材的埋置間距相同又由于邊坡高度為 250mm 故而在選擇變量大小時只能夠選取可以被 250 整除的間距，故取間距變量分別為 25mm， 50mm， 125mm，同時在建立模型的過程中應注意保持其他各項指標的穩定。建立模型如圖 。 圖 間距 25mm 時的模型 圖 間距 50mm 時的模型 河北工業大學 20xx 屆本科畢業論文 9 圖 間距 125mm 時的模型 2． 2 模擬加載及數據整理 對上述的三個模型分辨進行模擬加載，記錄其模型的變形及應力數據建立 PS曲線圖表如下 (圖 )所示。 圖 筋材間距 ps 曲線 從圖表中不難看出隨著間距的減小，邊坡的承載能力呈現出很強的規律性，即間距越小承載能力越強。 數值計算結果分析 了解到現象之后我們所要做的就是，從其中發現更深層次的原因。只有知其然又知其所以然，才能更深層次的了解筋材間距對加筋筋邊坡影響。具體的分析方法我們需要借助的是 plaxis 軟件所計算出的位移云圖，以及塑性點的分布圖來進行分析。河北工業大學 20xx 屆本科畢業論文 10 數據分析過程中 得到的位移云圖如下 (圖 )所示。 圖 間距 25mm 時的位移云圖 圖 間距 50mm 時的位移云圖 圖 間距 125mm 時的位移云圖 觀察上述位移云圖，可以發現當間距為 25mm 時，邊坡滑動帶陡峭并且延伸距離河北工業大學 20xx 屆本科畢業論文 11 很小。而當間距為 50mm 時滑動帶角度變的平緩并且延伸距離變大，當間距 為 125mm時滑動帶角度變得更為平緩延伸距離更長了，甚至延伸到了加筋土邊坡表面。 要分析產生上述現象的成因，首先就必須要了解邊坡土本身的條件，從建模初期的參數設置中可以得出邊坡土的內摩擦角為 34 度而邊坡本身的坡度為 45 度，由于內摩擦角遠小于邊坡本身的坡度，邊坡本身承載能力極差，極易進入塑性狀態。而在土中埋置入筋材后可以很明顯的提升土體本身的力學性能。正是因為這樣，在進行荷載傳遞分析時，筋材的作用是分析的重中之重。 外部荷載分布在坡頂距邊界 75mm175mm 的地方。根據荷載在土壤中傳遞的原理，可以想象的到， 荷載通過土體向下擴散傳遞，由于土體本身不能承受拉力，在荷載傳遞到無筋的位置時，并沒有什么存在能夠阻止其傳遞。但是當荷載傳遞到有筋材存在的位置時，由于筋材受拉使得荷載必須通過時筋材變形來講荷載傳遞下去，這樣一部分本該由下層土體承受的荷載被后來埋置進去的筋材消耗掉了。從另外的意義上說，這中筋材阻止了荷載向下傳遞的道路。 明白了荷載的傳遞路徑以及筋材消耗荷載的原理，接下來需要分析的就是不同埋置間距之間的差距產生的原因。從上文中筋材消耗荷載的理解出發，可以很明顯的發現當埋置間距越小時，筋材數量增多，而同樣的荷載被消 耗的次數也相應的增多了，這就是為何筋材埋置的筋材間距越小，位移云圖中所表現出的滑動帶越陡越短，筋材作用十分明顯。而間距變大的情況下，位移云圖所表現出的滑動帶越緩越長，筋材作用并不顯著。 分析完位移云圖的區別，接著便看看在不同的埋置間距對邊坡的塑性點分響。由 軟件計算得到的不同埋置間距條件下邊坡塑性點分布圖如下（圖 ）所示。 圖 間距 25mm 時的塑性點分布 河北工業大學 20xx 屆本科畢業論文 12 圖 間距 50mm 時的塑性點分布 圖 間距 125mm 時的塑性點分布 觀察上述塑性點分布圖，可以很清楚的發現塑性點主要分布在邊坡的邊界部分，大體的規律是以邊界為起點向邊坡內部擴散。這種現象的成因顯然是由于邊坡邊界 的部分更容易產生拉力。通過觀察，可以發現向內部擴散的程度不盡相同。間距為 25mm時的邊坡塑性點分布面積較小，間距 50mm是的邊坡塑性點分布面積較之間距 25mm時的面積變大了些，而 125mm 時的塑性點分布面積已經到了一個很大的程度。也就是說，隨著筋材間距的減小，筋材埋置的密度也在不斷的增大，這很大程度上增強了加筋邊坡的彈性模量，增強了土體抵抗變形的能力。 通過上述分析，可以得出一個定性的結論：加筋邊坡中的筋材埋置間距越小，對邊坡的加強作用越好。但是，這種定性的結論對真正的設計施工工作并沒有多大的幫助。需要進行 進一步的分析以得出一個定量