土工合成材料加筋土坡机理分析.doc

土工合成材料加筋土坡安全系数机理分析摘要：土工合成材料通过与土的相互咬合作用构成了水平向增强体，这种增强体可以提高土坡的安全系数至需要的具体程度，从而提高了土坡的稳定性，也减少了不必要的材料浪费。本文就是阐述这种增强体提高土坡安全系数的机理，以及简单的设计步骤。关键字：土工合成材料；水平向增强体；安全系数；土坡；稳定性；机理The Influence To The Safety Factor Of Soil Slope Made By Geosynthetic MaterialAbstract：Geosynthetic material and soil constitute the horizontal reinforced body throughthe function of bonding each other，this horizontal reinforced body can increase the safety factor to whatever you want。Thus，incearse the stability of soil slope and decrease the waste of unnecessary。The mechanism of increaseing the safety factor by this horizontal reinforced body is explained in this theses，the easy design steps is also included。Key words：Geosynthetic materia;Horizontal reinforced body;Safety factor；Soil slope；Stability；Mechanism1.引言边坡的形成有自然的也有人为的，在人类工程活动中很常见的，同时边坡也是工程建设中最常见的工程形式。边坡的工作状况直接或间接地影响工程建筑物的稳定，安全和耐久。边坡一旦破坏会造成严重的经济损失和人身伤亡，因此，治理边坡问题是防治地质灾害的重要组成部分。我们通常使用的传统防护方式有：锚杆，抗滑桩，挡土结构等。而土工合成材料是近几十年来才广泛应用到工程中的一中新型材料，它的材料具有较高的抗拉强度和刚度，与填土之间有较强的咬合力。通过二者的共同作用而具有加筋补强的功能，利用水平向增强体的高强度，良好韧性等功能，加入土中，可增大土体的刚度模量，分散荷载，改变土体中的应力分布，约束土体的侧向变形，进而提高结构的稳定性。因此，这种技术应用到边坡工程中对保证边坡的安全会有很好的效果。2.水平向增强体提高土坡安全系数机理分析图a中表示一个均质的粘性土坡未铺设水平向增强体。AC为滑动圆弧，O为圆心，R为半径。认为土坡失稳就是滑动土体绕圆心发生转动。把滑动土体当成一个刚体，滑动土体的重量W将土体绕圆心O转动，转动力矩为，b为过滑动土体重心的竖直线与圆心的水平距离。抗滑力矩有两部分组成：一是滑动面AC弧上粘聚力产生的抗滑力矩，其值为,c为土的粘聚力；另一项是滑动土体重量在滑动面上的反力所产生的抗力矩。反力的大小和方向应该与土的内摩擦角有关。但是因为滑动面上反力的分布无法确定，因此对于内摩擦角0的土，必须使用条分法，才能表示求得摩擦力所产生的抗滑动力矩。对于=0时，滑动面是一个光滑面，反力的方向必垂直于滑动面，即通过圆心O,不产生力矩，因此抗滑力矩只有一项。这时稳定安全系数可用下式定义： 如果沿滑动坡面铺设水平向筋材，如图b当坡体向下滑动时，水平向增强体提供一个抗滑力矩，n为水平向增强体层数，为各层水平增强体提供的水平向反力，为各层水平向增强体距O的距离；所以在铺设了水平向增强体下的安全系数可用下式表示： 比较以上两式可以看出铺设了水平向增强体后土坡的抗滑力矩增加了，土坡的安全系数也提高了。因此原来不稳定的土坡由于加入水平向增强体后安全系数可以提高到设计要求的具体数值。3.简单设计步骤 判断是否需要加筋 对于以均质粘性土坡如上图1所示，利用H线法确定最危险圆心，然后求出相应的最小安全系数,要注意此处求得的最小安全系数未必是对应的最大拉筋力要求，因此，要多试算几个安全系数。然后再与规范要求相比看是否需要加筋。加筋力的计算将土坡安全系数提高到要求的时，分别计算以上各圆弧所相应的公式如下：其中D是抗滑力臂 此处求得的最大值即为所需要的最大拉筋力配筋当土坡较低时，可将最大加筋力沿高度均匀布置，若较高可按二区或三区布置，由于篇幅有限此处不做详细解释。若设加筋体的竖向间距,计算加筋体要承受的拉力，或者根据加筋体的容许拉力，从而确定该区域的间距和需要加筋的层数： 式中：为加筋体在水平方向的间距，为加筋体的布满率，为分配于该区的总拉力，为该分区的高度。加筋体所需长度计算长度计算主要是为了满足抗拔要求，因此计算所需伸出滑动面的长度L如下式：式中：为抗拔摩擦系数，有试验确定，为考虑锚固长度内应力衰减系数，可取0.6，为加筋体上的垂直有效应力，其余符号同前。4算例分析工程中有一均质粘性土土坡，高20m，坡比为1:2，填土粘聚力c=10kpa，内摩擦角，重度。5结语土工合成材料如今已经发展成为一种主要的产业用纺织品，广泛的应用于水利、电力、交通和环保等重要工程建设中。但是随着应用领域的不短扩大，也暴露出我国在这方面所存在的问题。最主要的就是理论落后于工程实践的现状长期存在，与国际上先进技术水平的差距未见缩小。就目前国内情况来看，国内的相关研究队伍比较薄弱，重要的创新成果比较少。总之新的应用领域的开拓仍需努力，有目的地在一些重要方面进行协同攻关的做法还有待提倡。参考文献：1FHWA,Geosynthetic Design and Consyruction Guideliness Participant Notebook-Reinforced Slope，19982王正宏,包承纲等.土工合成材料应用技术知识M.北京：中国水利水电出版社，20083包承纲.土工合成材料应用原理与工程实践M.北京：中国水利水电出版社，20084土工合成材料工程应用手册编写委员会,土工合成材料工程应用