1 土工格栅减少土压力的基本原理
众所周知,加筋土中筋土相互作用的基本原理通常可分为两类概念[1~4],第一种是准黏聚力原理,第二种是摩擦加筋原理。
准黏聚力原理是将加筋土看作各向异性的复合材料,拉筋的弹性模量远大于填土的弹性模量,拉筋与填土共同工作,包括填土的抗剪力、填土与拉筋的摩阻力和拉筋的抗拉力的共同作用,使得加筋土的强度明显提高;摩擦加筋原理是将土体作用在墙背上的土压力通过筋土间的摩擦力由锚固区内的筋土锚固力来抵消。该原理忽略了筋带在力作用下的变形,也未考虑土是非连续介质、具有各向异性的特点,对加筋材料本身模量较小、相对变形较大的合成材料,其结果是近似的。
土工格栅能增强土体强度及整体性,限制土体变形。分析认为,土工格栅加固土的机理在于格栅与土的相互作用,主要表现在两个方面:(1)格栅表面与土之间的摩擦作用;(2)格栅网眼对土的嵌锁作用(如图1所示)。
下面,借助一个简单的示例来解释加筋理论。图2(a)为未加筋土体应力和应变示意图。土体承受垂直应力σv和相邻土体侧向挤压造成的相应水平应力σh。在竖向应力和水平应力的作用下,土体发生竖向的压缩变形εv,同时由于偏应力的作用,土体水平方向还承受拉伸应变εh,这是局部破坏的主要原因之一。图2(b)为加筋土体应力和应变示意图。土体中间放置一层土工格栅,由于土工格栅与土之间存在上述所说的摩擦作用和嵌锁作用且土工格栅的刚度远大于土体刚度,当土体在偏应力作用下水平拉伸变形时,格栅对土体产生附加的侧向应力,从而限制土体的侧向变形,减小土体的土压力。
图1 格栅与土的相互作用
图2 未加筋和加筋土的应力和应变
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