抗拉竹筋运用于土体加固工程的可行性研究

摘要

加筋土是在土中加入抗拉材料，通过筋材本身的抗拉强度与土体的抗压强度有机结合，形成复合作用从而提高了土体的强度，减小了变形。近年来随着国民经济地飞速发展，加筋土的应用范围和规模也显著增大。目前加筋土中所用的土工加筋材料以金属钢带和一些合成材料为主，但这些材料均不能满足全球对于“低碳”的要求。于是为它们寻找合适的替代品，对于加筋土技术的可持续发展意义深远。
　　 本文选用国内最为常见的竹子作为抗拉筋材，利用大型商业有限元软件ABAous建立数值模型，并进行有限元分析，探讨其用于加筋工程的可行性。具体研究内容可以分为以下几个方面：
　　 首先，介绍了加筋土技术的发展历史和研究现状；对竹子的物理力学性质及防腐措施做了简要说明，提出了能否在设计使用年限较长的加筋工程中，选用竹子作为拉筋的判断标准；简要的介绍了加筋结构的基本理论和作用机理。
　　 其次，在ABAous中建立宝鸡市陈仓区北坡村滑坡体边坡的准三维数值模型，利用强度折减法计算出该边坡在自重、暴雨和地震三种工况条件下的安全系数，发现存在安全隐患，于是选用竹筋土钉对其进行支护。将土钉分别布置在高程601.50-611.60m和高程615.74-632.70m的斜坡面上。对支护后的边坡仍然按先前的三种工况条件进行稳定性分析。结果表明竹筋土钉有效提高了边坡的整体稳定性，而且它所承担的轴向拉应力均未超过它的抗拉强度。
　　 最后，建立竹筋格栅路堤的三维模型，分析土体固结和竹筋强度衰减对路堤安全系数的影响，发现在竹筋格栅完全失效之前，土体固结作用已经可以将路堤的安全系数提高到满足规范要求，从而验证在路堤工程中用竹子代替传统土工合成材料作为抗拉筋材是可能的；利用强度折减法对四种竹筋格栅层数不同的路堤模型进行稳定性分析，从而探究在路堤中铺设不同层数的竹筋格栅对于安全系数的影响；随后，对铺有四层竹筋格栅的软土路堤模型进行分层施工及固结模拟，得到孔隙水压力和有效应力在施工期以及工后10年中的变化规律，求得的最终沉降量在规范要求的合理范围之内。
　　 本文通过数值模拟较为详细地论述了竹子运用于加筋工程的作用和受力特点，为加筋材料的选取提供了新的思路，可作为同类工程的参考。

目录

声明

1 绪论

1.1 前言

1.2 土工加筋技术的国内外发展史及研究现状

1.2.1 加筋土的历史

1.2.2 加筋土的研究现状

1.3 土工合成材料简介

1.3.1 土工合成材料的分类

1.3.2 土工合成材料在我国的应用和发展

1.4 本文研究内容及技术路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 本文的技术路线

2 加筋土的工作机理与计算方法

2.1 概述

2.2 加筋土工作机理

2.2.1 摩擦加筋原理

2.2.2 准粘聚力加筋理论摩擦加筋原理

2.3 加筋土的几种计算方法

2.3.1 加筋土体看成宏观上均匀的复合材料

2.3.2 弹塑性层板理论

2.3.3 等效附加应力法

2.3.4 土一筋材分离式的有限元分析法

2.4 本章小结

3 竹子材料的工程力学性质

3.1 概述

3.2 竹筋的物理力学性质

3.3 竹筋的防腐

3.3.1 竹筋防腐的意义

3.3.2 竹筋防腐的方法

3.4 本文提出的竹子作为抗拉筋材的适应范围及工程寿命理论

3.4.1 竹子作为抗拉筋材适应范围的量化理论

3.4.2 竹子作为抗拉筋材时由实验室寿命到工程寿命的映射方法

3.5 本章小结

4 竹筋土钉在边坡治理中的应用研究

4.1 有限元强度折减法概述

4.1.1 有限元极限分析中安全系数定义

4.1.2 有限元强度折减法基本原理

4.1.3 有限元强度折减法中失稳破坏判据

4.1.4 有限元强度折减法在ABAQUS中的计算流程

4.2 宝鸡市陈仓区北坡村滑坡体稳定分析有限元计算模型

4.2.1 计算区域、位移边界条件及单元网格划分

4.2.2 计算参数的选取

4.2.3 北坡村天然边坡稳定性有限元分析

4.2.4 北坡村边坡进行竹筋土钉支护后的稳定性有限元分析

4.3 本章小结

5 竹筋格栅在软土路堤加固中的应用研究

5.1 概述

5.1.1 软土的定义及特性

5.1.2 土的固结理论

5.2 探讨竹筋格栅运用于路堤工程的可行性

5.2.1 路堤模型的建立

5.2.2 固结作用和竹筋格栅对路堤稳定性的影响

5.3 探讨不同竹筋格栅层数对于路堤工程稳定性的影响

5.3.1 四种模型的概述

5.3.2 四种模型的计算结果

5.4 数值模拟竹筋路堤施工过程

5.4.1 模型概述

5.4.2 分步模拟及结果分析

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录