加筋路堤边坡的数值模拟分析.pdf

灾害与防治工程2007年第1期(总第62期)

加筋路堤边坡的数值模拟分析

柏巍陈灯红王乾峰

摘要:基于ANSYS建立了路堤边坡的三维有限元模型,对未加筋路堤和不同
高度、不同边坡坡度、不同加筋间距、不同填土的加筋路堤进行了计算,对比分
析了各种情况对路堤的沉降、侧移及应力分布的影响,以期能更合理的发挥筋
材的效能,为工程实践服务。
关键词:ANSYS;路堤边坡;加筋;数值模拟

NumericalSimulationAnalysisofGeogrid
ReinforcedSlopeEmbankment
BaiWeiChenDenghongWangQianfeng

AbstractThispaperestablishedthe32Dfiniteelementnumericalsimulationofaslope
EmbankmentbasedontheANSYSsoftware,andthencalculatedtheverticaldisplacement,
lateraldisplacementandstressdistributionoftheslopeembankmentandthegeogridrein2
forcedslopeembankmentwithdifferentheight,slopegradient,reinforcementclearance,
filling.Usingthecalculationswedidacomparativeanalysisabouttheinfluenceofeachin2
stanceswithadesiretomakethegeogridmoreeffective,andprovidethesupporttotheen2
gineeringpractice.
KeywordsANSYS;slopeembankment;geogrid;numericalsimulation

加筋土是由一层或多层水平加筋构件与填土交替铺设而形成的一种复合体。近年来广
泛应用于岩土工程界,在软弱地基上修筑高填路堤或堤坝时,由于填土中的侧向土压力,使
地基基面承受水平剪应力,导致堤身向两侧发生侧移,很容易造成堤身的整体失稳,随着土
工合成材料的兴起,近年来利用土工合成材料加筋软弱地基的工程实践日益增多,通常是在
堤身底部铺设单层或多层的土工织物、土工格栅等,来限制土基的侧向位移,用以提高堤坝
的稳定性,增加堤坝的填土高度,减少堤坝的竖向沉降及由此而导致的堤面或路面开裂。由
于影响加筋土性状的因素众多,利用解析方法求解相当困难,而有限单元法能够考虑复杂的

作者简介:柏巍(1982-),男,三峡大学土木水电学院硕士研究生;邮编:443002。

1

©1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net
边界条件、各种非线性材料及求解各种非线性的问题,成为了研究这一问题的重要途径。
加筋土的有限元分析模型主要有两种:筋材和土体离散考虑分离式模型和筋土合为一
体作为复合材料整体式模型。由于筋材与
土体之间的存在相互的摩擦作用、土对格栅
的被动阻抗作用及格栅孔网对土体的嵌锁
作用等,把筋土合为一体作为复合材料整体
考虑显得有些牵强。采用分离式有限元模
型,将整个加筋体系离散为土体单元、格栅图1加筋土结构体系离散化示意图
单元及接触单元,如图1所示。

1有限元计算模型

1.1土体单元模型
土体的本构模型采用Drucker2Prager(D2P)理想弹塑性模型,该模型采用广义VonMi2
ses屈服准则,等效应力表达式为

σc=βI1+J2(1)
1
式中,I1为应力张量第一不变量,I1=σx+σy+σz;J2为应力偏量第二不变量,J2=[(σ1-
6

2222sinφ
σ2)+(σ2-σ3)+(σ3-σ1)];β=,φ为内摩擦角。
3(3-sinφ)
6ccosφ
材料的屈服参数表达式为σy=,c为粘聚力。
3(3-sinφ)
屈服准则表达式为

f(σ)=βI1+J2=σy(2)
土体单元选用solid45单元,如图2所示,
该单元由8个节点结合而成,每个节点有x、y、
z3个方向的自由度。该单元具有塑性、蠕变、
膨胀、应力强化、大变形和大应变的特征。
1.2土工格栅筋材单元图2土体单元
一般来说,土工格栅应力应变处在弹性范
围内,并且只有抗拉强度,而不具有抗压和抗弯
特性,所以采用shell41即membrane薄膜单元,
如图3所示,该单元是一个三维构件,平面内具
有膜强度但平面外没有弯曲强度,构件在每个
节点有3个自由度。
1.3界面接触单元