土工格室加固浅层饱和黄土地基的有限元分析

　　基于MARC有限元软件，采用研编的单元用户子程序，对用土工格室处理浅层饱和黄土地基的效果进行了有限元分析(FEA)，结果表明:土工格室的有效影响深度为饱和黄土层厚度的50%左右，处理后的饱和黄土地基，水平位移在影响深度范围内可减小约17%左右;竖向位移也得到了一定的减小，可减小5%左右;竖向应力值减小35%左右;土工格室的加固厚度对路堤总沉降变形影响不大，但对水平位移影响较明显;相同工况下土工格室的布置位置对处理效果影响不大。结合工程实践，对有限元分析结果和现场实测数据进行对比分析，结果表明:土工格室加固方法能有效地处理浅层饱和黄土地基。

　　采用土工格室对饱和黄土地基进行局部换填加固，形成水平向加筋复合结构体，土工格室，以提高其地基承载力，在近几年的黄土地区高等级公路建设中已逐渐开始应用。笔者基于有限元软件 MARC，采用Visual Fortran 6. 5 对其进行了二次开发，编制了单元用户子程序，对浅层饱和黄土地基条件下，采用土工格室处理前后的位移特征和力学性状进行了分析，探讨了该种加固方法的适应性，土工格室保土，同时结合甘肃省尹家庄—中川机场高速公路的工程实践，进行了现场测试，并对两者结果进行了对比，以便为饱和黄土地基处理的设计提供依据。

      土工格室是一种采用高密度聚乙烯(HDPE)片材焊接而成的蜂窝状三维立体网格结构，伸缩自如，土工格室负担支撑，可以折叠，施工时张拉成格网，具有材质轻、耐磨损老化、耐腐蚀、拉伸强度高、抗冲击力强、运输方便等优点。土工格室植草护坡是指将土工格室展开，通过铆钉将其固定在坡面上，然后在格室内充填种植土，喷播草籽，再浇水养护的一种复合型生态护坡技术。这种柔性护坡形式具有良好的防护作用和绿色环保效应:(1)种植土包裹于蜂窝状的格室单元内，大大减少坡面土壤流失;(2)直接在格室中填土种草，发达的植物根系起到联接、加筋坡面土体的作用，其保持水土的作用可减缓雨水冲刷和入渗，且绿化环境;(3)降雨形成的坡面水流受到格室片材的限制，分散坡面径流，使得水流路径加长，水流冲蚀作用相对分散，起到消能防冲的作用;(4)水流可以从格室侧壁的孔洞流出，或经特设的土工复合排水体排出，避免形成暗流，土工格室土地拦固，避免坡面与防护体之间形成潜蚀性破坏[2]。土工格室植草边坡防护技术成本低，施工简便，且具有较高的环保、生态效益，在工程中得到了广泛应用。

      近几年，应用土工合成材料加强基床有一些新的进展。日本应用土工格室设置在基床表层或道床的底部。针对土工格室试样(不是基床复合层)所作的室内试验显示，经列车荷重作用200万次后的累积下沉量只有1ｍｍ，试样的变形模量达120ＭＰａ。德国采用土工格栅铺设在砂砾垫层底面，亦即路基表面，称之为强化路基保护层或垫层。试验室模型试验结果表明，经500万次重复荷载后，格栅垫层的Ｅｖ2(德国铁路用于表征基床变形模量的参数)可达33.1ＭＰａ，比无格栅情况提高70%。我国上海铁路局在整治淮南膨胀土基床病害时，采用土工格室作过一处现场试验。文献介绍了使用土工格室垫层和土工格栅垫层减少软弱地基变形的试验成果，对土工合成材料加固软弱基床的研究具有较大的参考价值。但是，对于各种土工合成材料应用于基床时所构成的复合结构的强度、变形特性、耐久性以及使用效果缺乏细致的研究。为此选择了两种具代表性的土工合成材料:土工网和土工格室，采取不同的布置方式或不同的高度，通过室内大比例静态模型试验，对加固基床的效果进行了比较分析。

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