基于midas-gts土工格栅加筋路堤边坡有限元研究

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1、基于midas/GTS土工格栅加筋路堤边坡有限元研究　　摘要：通过有限元程序midas/GTS，对路堤加筋的作用和效果进行了三维有限元分析。通过分析加筋、未加筋对路堤边坡有显著影响，在土体发生显著侧向变形时土工格栅能够发挥抗拉效果，改善路堤边坡的受力状况，从而限制土体侧向变形。此外，对不同加筋长度和不同加筋模量进行数值分析，考虑筋材在路堤边坡中所起的作用，得出筋材对路堤边坡的贡献。关键词：土工格栅；加筋；路堤边坡；有限元Abstract:ThefiniteelementprogramMidas/GTS,theroleandeffectofembankmentreinforced

2、three-dimensionalfiniteelementanalysis.Byanalyzingreinforced,unreinforcedembankmentslopehadasignificanteffect,significantlateraldeformationwhenthegeogridtensileabletoplayresultsinimprovingtheembankmentslopeforcestatusinthesoil,thuslimitingsoillateraldeformation.Inaddition,thenumericalanalysi

3、sofdifferentreinforcementlengthandstiffenedmodulus,considertheroleplayedbythe9reinforcementembankmentslope,tocometothecontributionofthereinforcementoftheembankmentslope.Keywords:geogrid;reinforced;embankmentslope;finiteelement中图分类号：U213.1+52.3文献标识码：A文章编号：1、引言土工格栅大大改善了土体的工程性能，起到加固和稳定土体的作用，是一种

4、有发展前途的土工合成材料。加筋土即土与加筋材料密切结合成的复合土体[1]。当在加筋土体上施加荷载，由于加筋材料与其包裹土体之间存在摩擦力，限制了土的侧向变形，从而相当于在土体侧面上施加了约束力，提高了土体的承受能力,达到加固的目的[2]。但是，目前土工格栅加筋土结构的理论研究落后于工程实践,设计计算还有待完善,本文基于midas/GTS对土工格栅加筋路堤边坡的有限元分析,对土工格栅加筋路堤边坡的应力、位移场进行研究,为工程施工提供借鉴。2、有限元模型及物理力学参数2.1土的本构模型9由于粘性土体具有明显的流变特性和非线性塑性，在实际分析中土体单元采用弹塑性本构关系，屈服函数采用

5、Mohr-Coulomb屈服准则。Mohr-Coulomb弹塑性本构模型由于表达简单、模型参数少、通过试验易获取，对许多实际问题可得出合理的精确的结果。2.2土工格栅的本构关系土工格栅是一种只能受拉不能受压的柔性材料，它具有高抗拉强度，良好的柔性、延展性和高抗疲劳性能[3]。拉伸模量较大的土工格栅多是直线型和双曲线形两种形态，并且大量计算表明，土工格栅在结构中的拉力较其抗拉强度要小很多，应力应变关系还在线弹性的范围内，本文中土工格栅的本构关系取为线弹性[4]。2.3接触面的本构关系土工合成材料和土体材料之间的作用通常用剪切试验测得。目前，对于接触面单元的研究成果很多，本文采用的

6、是无厚度的Goodman单元，它能较好地模拟接触面之间的变形。2.4有限元模型图1有限元网格图基于midas/GTS平台,考虑到路基的实际受力情况,9将模型作一些简化，考虑到路基边坡为对称结构，荷载亦为对称荷载，为进一步减少计算工作量取模型的一半进行计算。计算几何模型：单线铁路路基，基床表层厚0.7m，基床底层厚2.3m，路堤本体高5.0m，路基边坡1:1.5，地基深度为10m，路基面宽路堤为8.8m，宽度为28.5m，荷载的半幅分布宽度为1.7m，线路纵向取5m。根据部分国内外的有关资料，考虑到轨道结构和列车荷载，选定高速列车在有砟轨道底板下的均布荷载为54.6kN/m2，两

7、横断面约束y向位移，左右两地基纵断面约束x向位移，地基底面采用全约束。2.5计算参数的选取土工格栅铺设于路堤边坡上，土工格栅的弹性模量为2000MPa,泊松比为0.33，容重为4kN/m3，厚度0.005m。接触面的黏聚力为38kPa，内摩擦角为35˚，切向刚度模量为1000kN/m3，法向刚度模量为1E7kN/m3。表1土性参数3、计算结果分析3.1侧向位移图2加筋与未加筋边坡坡面侧向位移图图2是路堤边坡在不加筋及加筋的条件下，用midas/GTS有限元程序分析得到的结果。对于未