摘 要

为了研究土工合成材料加筋粗粒土坡的具体设计方案，采用拉拔试验研究了土工格栅与粗粒土的界面强度参数及主要规律。根据准粘聚力理论，提出了加筋粗粒土坡的安全系数简化计算方法，采用现行规范推荐的简化Bishop法对该简化法的准确性进行了验证，证明其计算误差在可接受的范围内。根据规范对坡率为1:0.5和1:1，坡高为6~20m的加筋粗粒土坡给出了具体设计方案，以供设计人员参考。

关键词：加筋粗粒土坡；典型设计方案；简化计算方法

Abstract

In order to study the particular geo-synthetic reinforced granular soil slopes designs, using pullout test research on geo-grid and coarse-grained soil interface strength parameters and the main rule. According to the theory of cohesion, reinforced granular soil slopes is presented factor of simplified calculation method, recommended by current standard simplified Bishop method for validating the accuracy of the simplified method, proved the calculation error in the acceptable range. According to the specification on the rate for 1:0.5 and 1:1, high for 6~20m reinforced granular soil slopes and its concrete design, designer for reference.

Key words: reinforced granular soil slopes; typical scheme of simplified calculation method

目 录

第一章 绪论 1

1.1研究目的和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 研究内容和方法 3

1.3.1研究内容 3

1.3.2研究方法 4

第二章 土工格栅与粗粒土界面强度测试 5

2.1试验目的 5

2.2试验方法 5

2.3试验仪器和材料 5

2.3.1试验仪器及设备 5

2.3.2填土材料 6

2.3.3格栅材料 7

2.4试验步骤 7

2.5试验结果 8

第三章 土工格栅加筋粗粒土坡安全系数简化计算方法 13

3.1 简化计算方法的原理 13

3.2基于该方法计算结果的检验与校对 14

3.2.1检验方案 14

3.2.2计算结果 15

第四章 加筋路堤典型方案设计 23

4.1 加筋路堤的几何形状及设计参数 23

4.2 设计计算方法 24

4.2 典型设计方案 25

4.3误差分析 41

第五章 结论 43

参考文献 44

第一章 绪论

1.1研究目的和意义

土边坡加筋可以使坡度变得更陡，有利于收束坡脚，从而节省用地，减少填土使用，减少削坡工作量。在我国大规模的经济建设中，铁路、公路，水利、市政、机场和建筑等各个行业中都会涉及填方路基、填方地基、堤坝护岸等课题，而加筋土破恰好在此方面可以发挥巨大作用，尤其在道路加宽、滑坡治理、土坡加高等工程中应用更加广泛。可见，加筋土坡在经济建设中发挥巨大作用，减少巨额财政同时解决无数边坡难题。

但由于加筋土坡的原理理论研究总是落后于工程使用实践，导致很多情况下都必须采用一些变通或者经验主义的做法，往往会使得计算结果存在较大误差，造成很多不必要的浪费和难题。同时，由于设计的精确性与方法的普遍适用性相违背，很难有统一的合理方法进行合乎实况的模拟计算；极限平衡法由静力平衡原理计算，计算简单易行，但由于忽略筋材对滑动面的影响，以至结果过于保守。极限状态分析法假设土体处于极限的稳定性破坏状态，在此情况下做出一些假设，计算结果较为准确，计算过程也不算复杂，但往往容易遗漏一些条件因素，造成误差；有限元法，建立适当幂函数模型，选取一系列模量、系数，再利用程序进行问题分析，所得计算结构最为精确，但计算却过于复杂。综上：研究加筋土坡的典型设计方法，再结合适当条件，改变相应分项系数，使指满足切实环境条件，就显得尤为必要。提出安全系数的简化公式，使土坡的稳定性更加可靠。

1.2 国内外研究现状

一般将坡脚大于70°的加筋土结构物称为加筋土挡土墙，坡脚小于70°的加筋土结构物称为加筋土边坡。规范上对于加筋挡土墙和加筋土边坡的设计方法也不尽相同，‘坡’的加筋结构物一般采用土体的滑动平衡法，用各种条分法进行稳定分析；‘墙’的加筋结构物主要采用楔体滑动法和极限平衡法进行分析。目前国内规范都是采用极限平衡法进行加筋边坡设计[1]。

加筋土坡的研究范围理论研究和试验研究，但由于各类情况差异和试验研究中的不同考虑因素，各类学者提出的设计方案和试验结果也不尽相同。加筋土坡的理论研究主要体现在设计和校核的计算方法上，目前较被认可的方法有：极限平衡法，极限分析法，有限单元法等，近年来兴起的人工神经网络技术也尝试运用于设计理论上，使加筋土边坡的设计理论呈现出百家争鸣的局面。各类方法的主要特点如下所述。

(1) 极限平衡法

极限平衡法的在加筋工程中应用得最为广泛，其思路为：假定土体为刚塑性体，沿假定破裂面滑动，再考虑加筋材拉力对土体的作用，最后用静力平衡法计算潜在滑楔体的稳定性。王钊用弹性理论楔形体获得土压力系数的计算公式和破裂面形状。Jewll进一步考虑孔隙水压力和超载的影响。但由于筋裁作用假定太过粗糙，导致设计所得筋材长度太过于保守，受到太多指责。

(2) 极限分析法

Radoslaw L M[13][14]采用极限分析法计算均质加筋土所需筋材长度，在一定假设条件下，弥补了极限平衡法的不足，从能量的角度求出了所需筋材长度的下限值和土坡高度的上限值，可用来对极限平衡法进行校核。其后又对此法进行多次改进，进一步考虑孔隙水压力，使之应用面更广，精确度更高。有些国家的设计人员采用极限状态分析法时，分为最终极限状态和使用极限状态，考虑筋材的使用寿命和筋材与土的应变相容性，采用一系列分项系数替代单一的安全系数，使设计结构更加精确，但这一方法尚未被大众学者接受。

(3)有限单元法

当土坡设计所考虑的因素过多时，利用极限分析法计算时会相当困难。这时有限单元法能很好地解决这一问题，并保证结果的正确性[2]。有限单元法的争论核心在于土单元模型的建。一般采用的模型为双曲线模型[3]。求解加筋土坡的有限单元法主要有2种：一种是将土体和筋材分开考虑，另一种是将土体和筋材当作复合的整体考虑。

王钊[4]，孟松兔[5]对加筋土结构进行非线性分析，分析时把土体作为非线性体单元，把筋带作为线性单元，应用结点滑动单元法来分析筋-土之间的滑动力。计算值与模型试验值相吻合。介玉新等提出等效附加应力的分析方法[6]，等效附加应力法是把筋材的作用等效为作用于土单元上的附加应力，取加筋土中的土体进行计算。该法能很好地反应加筋土体的各向异性，且能用统一思路进行加筋土的计算，但仅适用于同性状的加筋土体，遇多层加筋土时，部分系数取值该重新拟定，有待进一步提高完善。

(4)人工神经网络技术应用

周建萍等建立了可用于加筋土结构高度预测的径向基函数网（RBFN）模型[7]，通过对网络预测能力的检验发现：采用基于离心试验数据样本建立起来的径向基函数（RBFN）网络和误差反传(BP)网络，均能对加筋土挡墙结构的高度进行合理预测。由于其数据侧重性所以在某些问题上极为精准。但是若要得到全面的结果，需要的样本数据就更加繁杂。由于径向基函数网络的隐节点的中心很难取设定值，造成该网络方法难以推广。

(5)稳定性分析的特征应变法

加筋土坡的抗力一般来源于土体强度和加筋材的抗拉力两者，任何土体的破坏都与两者共同参与有关。所以赵健假设[8]：在圆弧破坏面极限状态下，由于土体先行破坏，达到其极限剪应变，此时，加筋材产生与土体极限剪应变水平对应的拉应变，并提供相应的拉力作为抗滑力，此拉力值才是加筋材料实际发挥作用的强度值。