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加筋復(fù)合墊層就是在地基土的淺層沿水平方向，設(shè)置一層或多層具有較高抗拉模量和強(qiáng)度的土工合成材料(包括筋帶、纖維材料或網(wǎng)狀材料等)與土(無(wú)粘性土)組成復(fù)合墊層，使作用在上面的豎向荷載以較大的面積擴(kuò)散到下面土層上，從而能夠提高地基的承載力。本研究采用ANSYS構(gòu)建有限元分析模型對(duì)加筋復(fù)合墊層進(jìn)行計(jì)算分析，研究了在不同加筋密度和加筋間距下加筋地基的變形與加筋墊層的應(yīng)力擴(kuò)散，并同試驗(yàn)的實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了比較。
由于加筋墊層的對(duì)稱性，所取部分為實(shí)際模型的1/4。在此模型中墊層的邊長(zhǎng)為1.15ｍ，層厚為0.3ｍ，方形豎向均布荷載范圍為0.75ｍ×0.75ｍ。均布荷載值取111.1 kPa。不考慮加筋墊層和周圍地基土的質(zhì)量，其幾何參數(shù)與原位試驗(yàn)中墊層的參數(shù)相同。
為盡可能真實(shí)的模擬現(xiàn)場(chǎng)原位載荷試驗(yàn)，采用周圍土體來(lái)控制加筋墊層的水平及豎向位移。周圍土體的邊界條件為剛性約束。在原位載荷試驗(yàn)中，其影響深度一般只能達(dá)到(1.5～2)ｂ。在本例中，為使計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況盡可能的接近，在能保證有限元本身計(jì)算精度的前提下，將水平和豎向邊界均取為10 b(11.5ｍ)，約束結(jié)構(gòu)的水平和豎向位移。
鑒于三維有限元分析和分離式分析法(增強(qiáng)體單元+界面單元+土體單元)的復(fù)雜性，為簡(jiǎn)化計(jì)算，采用了增強(qiáng)復(fù)合土體單元+土體單元的復(fù)合模量分析法，將土工帶加筋墊層看作具有單一復(fù)合模量的復(fù)合土體。嚴(yán)格來(lái)講，土體是非線彈性的，但在工作荷載(約為1/2極限荷載)下，地基土基本上處于彈性范圍內(nèi)，土體的非線性性質(zhì)表現(xiàn)的不明顯，土體內(nèi)的塑性變形也很小。因此可以忽略塑性變形所導(dǎo)致的誤差，對(duì)加筋墊層和周圍土體采用線彈性模型。
另外，假定加筋墊層同周圍土體之間無(wú)相對(duì)滑移，兩者之間不設(shè)置接觸單元，在建模時(shí)，將兩者看作具有不同材料屬性的同種物體。
1)周圍土體。
假定周圍土體是均勻的、各向同性的線彈性體。土體線彈性模型的兩個(gè)必須的參數(shù)為變形模量Ｅ0和泊松比ｖ。周圍土為軟土，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，泊松比取ｖ=0.42。根據(jù)原位試驗(yàn)中土體的P-S曲線，利用計(jì)算得到變形模量Ｅ0=3.82ＭＰａ，Ｅ0=ｗ(1-ｖ2)ｐ1ｂｓ1。
2)加筋墊層。
假定土工筋帶加筋墊層為橫觀各向同性體。其線彈性模型的必須參數(shù)有4個(gè)，分別為正向模量Ｅｘ(Ｅｙ)，Ｅｚ和泊松比ｖｘｙ，ｖｙｚ(ｖｘｚ)。加筋土是由土與筋交替鋪設(shè)而成的復(fù)合體，因此可將加筋土視為交替正交層體系，并采用等代均質(zhì)材料的理論來(lái)分析工作荷載條件下的加筋墊層的性質(zhì)。由于利用等代均質(zhì)材料的理論確定加筋墊層模量適用范圍的局限性，故只考慮不同加筋密度和加筋層數(shù)對(duì)加筋地基工作性狀的影響。
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