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土工格室在路基拓宽中的分析计算和应用研究摘要：土工格室是立体的土工合成材料通过ansys软件对土工格室在路基拓宽中的模型进行分析计算得出土工格室在路基拓宽中的具体作用。关键词：路基拓宽土工格室有限元1概述随着我国经济的迅速发展一些营运量大的公路已经呈现出交通量饱和的态势使得公路本身所应具有的高速、快捷、畅通的服务优势大打折扣。为满足日益增长的交通需求对已有的公路加宽已成必然。由于旧路路基已沉降多年基本趋于稳定而新路路基沉降时间短新旧路基结合处必将产生不均匀沉降从而产生纵向裂缝导致水泥混凝土面板在荷载作用下产生断板沥青混凝土路面产生反射裂缝对行车质量带来很大影响。土工格室是八十年代在国际上开发的一种特种土工合成材料它适于在工程领域用作加筋材料。土工格室(geocell)它是一种新型的立体加筋材料这是一种由高分子聚合物经强力焊接而成的三维网状结构它伸缩自如运输时可以折叠起来使用时张开并在格室中填充砂、石、土等填料构成一种立体的蜂窝状结构。组间使用特殊连接方式组成任意尺寸规格的土工格室材料。同其它类型的土工合成材料一样土工格室具有性能优良、应用范围广泛等特点：同时土工格室具有耐老化性能、抗化学腐蚀性能和良好的力学性能既可用于加固软土地基又可用于边坡防护、挡土墙工程、旧路拓宽工程等还可用于河道治理、堤坝工程、支撑城市排水管道工程等。土工格室如图1、图2所示。图1土工格室的铺设图2土工格室的锚固2加固机理（1）土工格室可使填料的表观粘聚力成倍提高对其中的填料提供了强大的侧限格室侧壁也对填料产生了竖向的摩擦约束与材料形成双面磨擦力(即横向阻力)有效地限制了因荷载而产生的横向移动趋势。其格室与格室之间的反作用力更加抵消了部分因荷载而产生的横向位移的趋势；（2）其格室与格室之间的反作用力更加抵消了部分因荷载而产生的横向位移的趋势。格室-填料复合结构可以看作是一个具有一定抗弯刚度的柔性筏基。于是土工格室结构不仅能承担路堤对地基的侧向推力而且还能有效降低地基的竖向附加应力；（3）土工格室加筋层起到了扩散竖向应力的作用保证了上部结构的安全、正常使用。土工格室置于地基表面还限制了软土的侧向隆起使得土的滑移剪切面向更深的区域发展类似于“深基础”的效果也大大增强了地基的稳定性。3土工格室的有限元分析有限单元法是一种纯数值求解方法其基本思路是将连续体模型离散成为有限个单元单元之间通过节点连接并要求每个单元满足一定的物理条件最后将所有的单元再集成组成求解问题的数值计算方程。有限单元法的离散化可以从物理和数学两个角度来理解。从物理角度看一个连续体可以近似地用有限个在节点处互相连接的单元所组成的集合体来代表因而可以把连续的分析问题转变成单个单元的分析和所有单元的集合问题。从数学角度来看一个连续体可以分割为有限个子域每个子域的场函数可以用包含有限个参数的简单函数来描述集合这些子域的场函数就可以近似地代表整个连续域的场函数。于是求解连续场函数的微分方程或积分方程就转化为求解有限个待定参数的代数方程组。由此可以看出离散化就是化无限为有限从而达到化难为易的目的。本次分析利用大型有限元分析软件ANSYS进行3.1土工格室与土的接触模拟①按空间问题考虑进行三维有限元分析；②土体为弹塑性材料采用Drucker-Prager模型进行模拟采用板体SOLID-45单元空间8节点等参元。③将土工合成材料和土体结合体看作复合板体模型该板体有一定刚度和抗拉强度；④将土工复合土体看作目标面与其接触的土体看作接触面；⑤接触面只发生静摩擦作用不发生动摩擦作用。3.2计算参数分析模型采用原有路基宽一侧13m加宽后21m两边对称路基高度4m土工格室采用与土体结合后的复合模量具体参数如表1：表1土工格室有限元分析计算参数图3加宽路基沉降盆效果图由于拓宽路基的沉降曲线呈“～”形同时使整个路基呈微“～”弯曲。这使得在“～”形路基的顶部和底部受弯拉应力而最大拉应力出现在加宽路基底部如图3所示。若铺设的土工格室要起到加筋作用理论上铺于顶层或底层能较大限度发挥土工材料的抗拉能力使整个路基结构受力均匀减少侧向位移和不均匀沉降。3.3土工格室铺于不同层位时路基顶面各点的侧向位移土工格室铺于不同层位时路基顶面各点P1、P2、P3、P4的侧向位移和沉降见表2和表3。表2土工格室铺于不同层位时侧向位移量注：1为旧路中心线2为开挖点（即旧路基边缘）3为新路基边缘4为新路基坡脚线；X1为1点横向位移其他各点类推向路基外方