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电脑和土工技术37(2010)638 - 648
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电脑和土工技术
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二维参数研究加筋支承柱地基是Jie Huang a,*, Jie Han b,1液压和机械建模的
a岩土工程服务的一个部门,加州南1号办公室,加州交通部100年南大街11层,洛杉矶，CA 90012,美国
b CEAE部门,堪萨斯大学,1503 W 15街,劳伦斯,KS 66045,美国
文章信息
文章历史:
收到2009年7月1日
修订后的形式收到2010年2月8日
公认于2010年4月7日
关键词： 耦合建模 加筋土 地基 结算 张力
摘要：
加筋支承地基越来越建造在软土。目前的设计方法是基于不同的假设和简化,导致它们之间差别很大。数值研究了提高集选区路基系统的理解。过去的数值研究只局限于机械建模(即。,而不是再加上水力建模),这可以用来评估长期或短期行为通过使用适当的机械性能。然而,生成和超孔隙水压力的消散在集选区地基建设期间及之后时间让他们的行为。一个二维(2 d)参数研究基于液压和机械耦合建模进行研究时间集选区路堤在不同条件下的行为。是特别注意几个关键的影响因素对堤防的性能表示最大和微分定居点,合成的紧张和固结度。调查的关键因素包括模数和软土的渗透性,模量和列间距,合成的抗拉刚度和平均施工速度。这些因素的影响进行了比较和评价的重要性程度的研究。
由爱思唯尔出版有限公司
介绍：
加筋支承地基已在世界各地广泛建立在过去几十年来,尤其是在软土地区。一些设计方法提出了满足实践的需求。然而,由于有限的理解这个复杂的系统,组成列、土壤和合成,各种假设开发这些设计方法,导致巨大的变化其中[1]。为了更好地理解这堤坝系统和消除不确定性,在使用这些方法,实验和数值研究了(2 - 8)。
与实验方法相比,数值方法更灵活,以及,那么成本和时间。过去的数值研究的理解有了很大的提高系统然而,大多数这些数值研究的关注机械建模。在实践中,一个集选区大多被用在软土具有高地下水位和一代/超孔隙水压力的消散不可避免的施工期间和之后。因此,行为大多数集选区的堤防是时间。除了力学性能和几何图形,液压和属性建设速度的行为有明显的影响一个集选区。
考虑到上述事实,参数研究基于耦合机械和液压进行建模研究集选区堤防的时间行为并研究了几个关键的影响因素。的工后沉降重点参数的研究,合成的紧张和固结度,因为它们是集选区堤防的服务能力的关键。
调查的关键因素包括模量和渗透率软土模量和列间距,抗拉刚度合成,平均施工速度。这些的影响因素对post-construction(最大和微分)定居点,合成的紧张和固结度进行评估和评价研究。
二维有限差分软件FLAC,[9],是使用在这项研究中。在FLAC,液压和机械耦合建模在增量格式制定,代表线性吗准静态毕奥理论[9]。液压和机械建模分别实现液压和机械循环。孔隙水压力变化由于流体在一起
与体积应变增量的机械循环isevaluated传递给机械的液压回路和循环更新有效的压力。使用更新后的有效应力检测失败和计算体积应变增量机械循环本构定律。耦合仿真收益实现液压和机械循环交替更新孔隙水压力和体积应变。所有的计算都是在时间域框架。
2. 数值模型和校准
在数值模拟,本构模型,模拟强化合成,模拟施工和建模确定过程和总结如下。
路堤填土土壤、、和列被建模为线性针对摩尔-库仑失败弹性完全塑性材料标准。不同的列类型在实践中得到成功应用集选区堤防。然而,在这项研究中,深层搅拌(DM)列进行调查。强化合成是建模作为有线电视元素包含在软件,它可以只承受轴向力。莫尔-库仑破坏准则还通过了路堤填土之间的界面元素和合成减少剪切的0.8倍路堤填土的强度。
在FLAC,有线电视和土壤之间的界面剪切刚度表示为张力/长度/位移;因此,它单位是kN / m / m。根据伊的建议[10],债券剪切刚度可以估计基于以下公式:
其中G是灌浆（即界面）剪切模量，b是环空厚度，D为增强直径。灌浆剪切模量被假定为堤坝的剪切模量的80％。假设环形厚度为0.1mu;mMcDowell等发现[11]土壤颗粒的区域与土工格栅相互作用，每边0.1米。加强直径由土工合成材料的周长计算（单位宽度为2 m）除以p。考虑到二维的本质平面应变分析，推测单位厚度。因此，剪切刚度ks实际上具有每单位的力长度立方。
整个建模分为三个主要步骤：（1）初始化应力场和静压孔隙水压力分布，（2）分阶段建设堤防，（3）申请并保持流量负载。模拟交通负荷通过在峰顶施加均匀分布的载荷（12kPa）路堤。
在软土上建设堤防通常处于阶段确保其稳定性和尽量减少后期安置如图1所示。 每个阶段的持续时间包括两个部分：施工时间（tc1，tci或tcn）和等待时间（tw1，twi或twn）。 等待时间设置为允许部分耗散的过孔孔隙水压力。 但是，由于困难在施工过程中模拟线性增加的堤防高度，实际阶段施工过程在此简化研究如图中虚线所示。 第i阶段的持续时间由ti = tci = 2thorn;twithorn;tceth;ithorn;1THORN;= 2确定。 平均厚度在单位时间内成（例如1个月或1周）被定义为平均建筑率，这是嗨的比率并将其作为本研究所有阶段的常数。
确保数字的合理性和合理性模型校准是基于已发布的数据进行的。加劲column-supported路堤案例具有相当详细的材料特性，必要的构造信息，长期的解决和紧张的监测数据。关于这个案例的详细信息可以是从已出版的文献1213中找到。二维并对三维模型进行了校正详细检查合并过程，以确保合理的合理性的耦合模型。结果与长期现场监测数据1415。一个可接受的协议在数值建模结果和现场监测数据之间得到的结果是这一参数研究的基础。作为参数研究的一个重要部分，进一步的信息关于该模型的校准应参考黄等。14、黄和韩15
尽管黄等人14完成了一个简单的参数摘要研究了岩土综合拉伸刚度的影响，柱模量和建筑率由深混合的柱子支撑的路堤，许多其他的土壤模数、土壤渗透性等影响因素在没有覆盖的情况下，堤坝性能的很多方面没有调查。另外，参数研究黄等人的14个案例是基于一个特定的案例历史1213，一些参数的值不是典型的。到使调查更全面，更具代表性，2D参数研究是基于典型构型进行的和参数。
- 参数研究
在模型校准的基础上，一个参数化的研究对关键因素的影响进行了调查GRCS堤防的时间依赖性行为。尽管这个参数研究的目的是为了调查路堤的性能优于柱墙。,列安装了切线或sec，形成了连续的墙，二维的结果也可以提供上/或下界值对于在方形或三角形上安装的堤坝模式(14、16)。为了使结果具有可比性，一个典型的基线案例配置选择。一个参数改变了一次从基线情况到调查某个因素的影响在建造后的定居点，地球合成的张力，以及合并的程度。变化的范围参数被考虑覆盖了这些因素的典型范围在大多数实际的项目。调查的关键因素是软土的模量和渗透性，模量列的间距、地合成的抗拉刚度和速率建设。选择了深混合列的属性。基于典型的现场条件。模量和摩擦角路堤填满是由类型和质量控制的。材料和压实;因此，它们的变化并不显著。在实践中，在这个参数研究中没有考虑。
3.1基线情况下
图2显示了基线情况的横截面，因为它的对称，只有一半的路堤被设计为保存j.黄，j.韩/计算机和地球工艺37(2010)648-648639计算时间。基础土壤由10米软粘土组成加上2 m基础坚实的土壤。路堤有5米高10米宽，2H:1 V。使用DM列进行安装一种干燥的方法，间隔为250米(中间到中心)和穿透1 m进入坚固的土壤。不允许在以下的条件下达成和解坚实的土壤层来解释基础的基岩。一个合成层被放置在柱头上的0.25米高。对边界效应进行了研究，扩展了左边界从河堤的脚趾头到60米。这是发现这就足以消除边界效应如果这个边界是在40米的脚趾上设置的。的地下水位是在地面上假定的。
机械边界条件明确地显示在图2所示。简要描述了液压边界条件货款。地下水的孔隙水压力表面总是固定在零，以允许自由的排水条件。正确的边界被认为是不受考虑的事实上，没有任何流体进入或离开对称平面。底部考虑到潜在的基岩，也被认为是不受干扰的。因为左边的边界离河堤太远了任何对结果的影响都是不受影响的。在基线情况下，材料的属性列在表1。DM柱、软土和路堤的特性填充被选择在它们的典型范围的中间，1718到为参数研究的变化留出足够的空间。DM柱的抗剪强度是由公共性决定的。E 200 c的相关性，c是未排水的剪切DM列19的强度。此外，DM列是假设有一个抗拉强度，ct，相当于未排水的20%抗剪强度，c。纯水体积模量(2点平均)获得地下水体积弹性模量K[9]。一项数值分析表明较高的体积模量会导致更高的孔隙水但是，在DM列中的压力，它将不会有显著的影响在软土地上计算出的过量孔隙水压力，定居点，以及地球合成的张力，这些都是焦点研究。
建模过程和前面提到的一样模型校准部分。简化的舞台构造是也使用。在基线情况下，建造了5米高的路堤在相同厚度的五个阶段(即:每一层的厚度升降机是1米)，每个阶段的持续时间是1个月(30天)基于典型的实践。1个月的交通负荷填筑堤坝后。耦合建模在服务模拟典型的30年之后维护前高速公路的使用寿命。
3.2研究影响因素
在基线情况完成后，一个参数研究是执行。所有影响因素的值都列在表2。正如前面提到的一个参数被偏离了从基线的情况开始，来调查特定的因素。所有因素的变化范围在18-21岁的练习中，典型的练习范围。
4. 结果与讨论
可以从所有的数值模拟中检索到许多数据。考虑到这个研究的目的，只有相关的结果。为了解决，地球合成强化和程度的紧张本文提出并讨论了合并的问题。
4.1数值结果和比较
后建(最大和差异)的定居点，地球合成的张力和固结度在本节中总结和介绍。至于定居点地球合成的张力，1个月的数据30年之后，作为代表的代表短期和长期建设后的结果，而只有1个月后的整合程度这里提供了服务，因为合并的程度在30年之后所有的案例中，服大约是100%
4.1.1结算
通常情况下，解决方案是GRCS的重点之一路堤的设计是为了支持道路、铁路等。过去，大多数调查人员都注意到了这个问题自最大长期定居以来，在堤岸的底部发生在这个海拔高度。然而,post-construction（即进行结算。顶部的沉降)实际上是一个更直接的河堤顶部的平滑度指示器对路堤上道路的可服务性至关重要。在这项研究强调了后建筑的重要性解决方案。
除了建设后的定居点，后建设微分和解和扭曲是另外两种重要指标，反映了堤岸的平滑度。从相对意义上来说。在这个研究中，后构造差异沉降被定义为绝对的沉降差异(如。在山顶和附近的山谷之间，图西)在图3中。而扭曲是平均斜率的梯度在峰谷和相邻山谷之间，这是在Eq中定义的。
- 如下:
是微分解决方案，也就是,绝对的结算峰谷和相邻谷的差值如图3所示，峰与谷之间的距离。最大的后建筑沉降，差异在这一节中讨论了解决方法细节。即使最大的沉降和差异在堤岸的底部的定居点不是重点这个研究，他们仍然在这里，因为他们是紧密的与地球合成中形成的张力有关。
4.1.1.1。软土弹性模量的影响。
软土的特点是高压缩性，用弹性模量来量化在这项研究中。最大后建(差)沉降在顶部和最大(差异)沉降在路基的底部以不同的弹性呈现图4和5的软土地的模。可以看出，这是一种增长软土模量减少了后建筑的最大限度(微分)在顶部的沉降，还有基地的最大(差)沉降。的程度随着模数的减少，沉降逐渐减少松软土壤增加了。从1个月到1个月服务后30年，最大的后建结算由于软土的加固而增加。的最大建设后的差别结算只增加了在相同的时间段里。一般来说,最大的建设后(差异)的解决方案那是在堤岸的底部。因此,使用结算在路堤的基础上评估性能在格里克斯河堤上是过于保守的。图6显示了软土模量对其的影响最大的变形。很明显，软土模量的增加极大地减小了最大失真。随着土模量从1增加到8 MPa，最大失真减小大约70%。时间对扭曲的影响有限在各种软土模里。
4.1.1.2. 软土渗透性的影响。
渗透率软土(即一种液压性能)预计会有很大的影响过量的孔隙水压力的产生和消散;因此，它应该对后期建设产生重大影响。和解，在这方面还没有得到很好的研究过去。
图7和8显示了建造后最大的沉降差异沉降和土壤渗透性，分别。很明显，最大的后建设结算而差异沉降随着增加而减少土壤渗透性。也就是说，建设后的定居点可以通过增加土壤的渗透性来减小。这个结果可以解释，当土壤渗透率较高时，在施工过程中，过量的孔隙水压力将会消散。由于土壤的渗透性较低(即:在以下命令下10s/s)，后建设结算的显著增加不同的解决方案从1个月开始服务结束30年后。换句话说，它是有效的建设后的定居点和差异解决方案当渗透率降低时，通过增加土壤渗透性超过109 m / s。低渗透性的软土地会积累更多的孔隙水压力，并没有排水的行为。过量的孔隙水会降低效率压力(可能导致软土的产量)并引起更多的横向柔软的土壤的运动。这就是为什么在1个月里在施工后，渗透性较低的土壤有更多的土壤解决方案。
最大变形是针对土壤渗透性的在图9中。与定居点一致，较低的土壤渗透性引起了更大的扭曲，尤其是当土
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