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摘要 ：可用于土工格室堤防加固的設(shè)計(jì)方法是極少數(shù)。較早的兩種方法和在本文所提出的并與他們相比的第三方法。在第一種方法叫做滑移線的方法，所述土壤的塑性承載失效假定，即土工格室層在軟土中使用非對(duì)稱滑移線計(jì)算地基土。第二種方法基于邊坡穩(wěn)定分析，通用邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)對(duì)基床路堤需要土工格室的強(qiáng)度。在第三本文提出的方法，土工格室加固是基于堤防平面應(yīng)變有限元設(shè)計(jì)的分析。所述土工格室層被建模為一個(gè)等效的復(fù)合層用以改性強(qiáng)度和剛度值。強(qiáng)度和土工格室層的尺寸則估計(jì)需要承載能力或允許變形。這三種設(shè)計(jì)方法是通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)例相比較。據(jù)觀察，基于有限元模擬的設(shè)計(jì)方法是最全面的，因?yàn)樗鉀Q了允許變形的問(wèn)題，并給出完整的應(yīng)力、變形和給定負(fù)載條件下路基的應(yīng)變行為。 關(guān)鍵詞：土工格室; 加強(qiáng); 堤; 軟基; 設(shè)計(jì); 復(fù)合模式; 有限元 分析。 1. 介紹 軟弱土壤堤防建設(shè)是許多巖土工程應(yīng)用中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，如高速公路，機(jī)場(chǎng)跑道堤防，堤防圍堵，洪水保護(hù)防洪堤，土壩和護(hù)堤。高強(qiáng)度土工合成材料可用于各種軟土堤防加固穩(wěn)定化技術(shù)，簡(jiǎn)單，速度更快，性價(jià)比高。利用土工格室用于加固軟弱土體堤防，近年來(lái)已經(jīng)獲得了不少人氣。土工格室是三維土工合成材料，用其裝滿泥土或顆粒料，土工格室基礎(chǔ)層路基加固的重要優(yōu)點(diǎn)有： ?它充當(dāng)一個(gè)快速的建設(shè)工作平臺(tái)。 ?它作為一個(gè)地基堤防的堅(jiān)硬平臺(tái)，提升了均勻沉降。 ?它最大限度地減少施工時(shí)間，并減少了挖掘和換填成本。 ?它可以防止承載能力失效，減少過(guò)多的沉降和橫向變形。 ?它提供了短期和長(zhǎng)期的堤防穩(wěn)定性。 對(duì)土工格室加筋土性能的文獻(xiàn)報(bào)道是很少，調(diào)查由巴瑟斯特和Jarrett 的（1988），詹納、（1988），Bush 等人。 （1990年），迪恩和洛錫安（1990年），巴瑟斯特和Karpurapu （1993年），Cowland 和黃（1993），巴瑟斯特和Knight （1998）Hendricker （1998），Krishnaswamy （2000），瑪達(dá)維Latha 和Rajagopal （2007），瑪達(dá)維Latha （2008年）等，可用于土工格室堤防防護(hù)的設(shè)計(jì)方法是很少。在本文中，基于土工格室的有限元分析提出了堤防設(shè)計(jì)新方法，該方法相比兩者的早期方法相比較。 2. 現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法 只有極少數(shù)研究人員探討了土工格室的設(shè)計(jì)方法。其中有些是給由普易格和夏弗納（1986年），奧斯?。?992）和利里丘蒂（1994年）。但是，這些方法是根據(jù)坡面侵蝕控制應(yīng)用來(lái)設(shè)計(jì)土工格室。據(jù)筆者的了解，文獻(xiàn)報(bào)道只有兩個(gè)方法設(shè)計(jì)土工格室強(qiáng)化支持軟粘土地基堤防。第一種方法是滑移線分析，由詹納等人提出的方法（1988）。第二種方法是基于邊坡穩(wěn)定分析，通過(guò)瑪達(dá)維Latha 等人提出（2006）。 2.1滑移線法 詹納（1988）建議的用于設(shè)計(jì)土工格室堤防防護(hù)的方法。在本設(shè)計(jì)中， 假設(shè)土壤承載力是塑性失敗而不是圓形滑動(dòng)失敗，這類故障是對(duì)于堤防的預(yù)期，其寬度是地基土深度四倍以上。 Johnson 和梅勒（1983）的方法是在兩個(gè)粗糙的剛性地基土塊上加壓。，這是近似的軟土塊，假設(shè)加壓在頂部的土工格室基床和在底部的硬層之間。用這個(gè)模擬軟地基土加固的一種非對(duì)稱滑移區(qū)域線。這種設(shè)計(jì)的概念是，土工格室施加在具有一定程度土工格室抑制作用的軟土塊上，從而旋轉(zhuǎn)主應(yīng)力的方向，最大剪切方向壓力也相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)，深推破壞面到地基。用一個(gè)15°滑移線場(chǎng)來(lái)確定軟土的承載能力。滑動(dòng)的結(jié)構(gòu)線和相應(yīng)的承載壓力圖進(jìn)行了詳細(xì)討論（詹納等人，1988）?；诨瑒?dòng)的土工格室路堤典型的承載能力滑移線示于圖 1。 圖1 土工格室路堤承載力滑移線圖 承載力圖通過(guò)從滑移線區(qū)的外緣向內(nèi)的“剛性端”的邊界，滑移區(qū)域線定義為土工格室寬度和軟質(zhì)土層深度的比?！皠傂远? 是詹納 （1988）所用的術(shù)語(yǔ)來(lái)表示土壤區(qū)，這不經(jīng)歷塑性應(yīng)變。因此，滑移線字段用來(lái)定義限制可塑性的一個(gè)區(qū)域內(nèi)最大允許壓力分布。 格室墊層的拉伸力由作用在地基上的應(yīng)力來(lái)確定。橫跨' 剛性端' 的應(yīng)力分布，可以通過(guò)考慮旋轉(zhuǎn)來(lái)確定其中每個(gè)應(yīng)力場(chǎng)的邊界的剛性段和弧形段。整個(gè)剛性端的平均壓力可被計(jì)算： 其中P/Cu =在剛性端的末端的應(yīng)力場(chǎng)讀值 P'=整個(gè)剛性端的平均應(yīng)力 I =Σ（水平弧弦長(zhǎng)×旋轉(zhuǎn)） X =Σ（水平弦長(zhǎng)） D =軟土層深度 這些條件說(shuō)明，弧弦長(zhǎng)和計(jì)算的圖形表示跨剛性邊界平均應(yīng)力，由詹納等人（1988年）和布什（1990）?，F(xiàn)在的容許承載力可以根據(jù)附加應(yīng)力和承載力故障安全系數(shù)計(jì)算出來(lái)。 對(duì)于設(shè)計(jì)土工格室，考慮格室墊層內(nèi)顆粒土，但軟質(zhì)層有影響。在元件中的應(yīng)力狀態(tài)可以從Mohrcircle （詹納1988）獲得。 該構(gòu)件在水平應(yīng)力，由等式給出：

這里σn =垂直應(yīng)力。 T=界面的剪切應(yīng)力（C U 在限制條件） F =土工格室填充材料摩擦角 主應(yīng)力的旋轉(zhuǎn)在基床深度內(nèi)發(fā)生。因此，土工格室墊層預(yù)期拉伸強(qiáng)度等于路堤防護(hù)水平應(yīng)力。 2.2基于邊坡穩(wěn)定分析的設(shè)計(jì) 邊坡穩(wěn)定分析基礎(chǔ)上的堤防加固設(shè)計(jì)是由瑪達(dá)維Latha 等開發(fā)（2006）。這種方法使用通用坡度穩(wěn)定程序設(shè)計(jì)測(cè)算路堤需要的土工格室墊層的強(qiáng)度。土工格室進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算機(jī)程序需要堤防坡幾何形狀尺寸、土工格室層高度、地基土深度、高剪切堤土的強(qiáng)度參數(shù)和土工格室層數(shù)、地基土的性質(zhì)、孔隙水壓力系數(shù)，輸入超載壓力的峰值。該方案采用比紹普的方法計(jì)算安全系數(shù)，該程序會(huì)自動(dòng)搜索不同的判定滑動(dòng)圓，并給出了安全的最低因子和臨界滑動(dòng)圓的中心的坐標(biāo)。該計(jì)算機(jī)程序的可靠性通過(guò)一些實(shí)例驗(yàn)證來(lái)確保。從程序?qū)τ谶@些問(wèn)題得到安全系數(shù)與最低系數(shù)，和通過(guò)繪制幾個(gè)試滑圓的圖形化方法獲得的安全系數(shù)，為每個(gè)使用常規(guī)方法獲得這些滑動(dòng)圓的安全系數(shù)。 為了設(shè)計(jì)堤下土工格室，土工格室層被視為一層土壤粘結(jié)強(qiáng)度大于包裹的土壤和比相同包裹的土壤更大的內(nèi)摩擦角。 這是因?yàn)?，土工格室由膜片提供全方位的土壤約束，，土工格室側(cè)壁加強(qiáng)了土壤的表觀凝聚力。運(yùn)用漢高和吉爾伯特（1952年），巴瑟斯特和Karpurapu 提出的橡膠膜理論（1993年）分析土壤包圍在單個(gè)格室內(nèi)三軸承壓時(shí)的內(nèi)聚強(qiáng)度。 同樣的分析延伸為多個(gè)土工格室，并且也用于通過(guò) Rajagopal 等制成的土工格室。 （1999年），瑪達(dá)維Latha （2000）和瑪達(dá)維Latha 和穆爾蒂（2007年）。 由膜片應(yīng)力產(chǎn)生的附加圍壓可以寫成（漢高和吉爾伯特1952年）： εa =軸向應(yīng)變 εc =圓周應(yīng)變 D 0=初始直徑 D =在εa 的軸向應(yīng)變的樣品的直徑 M =膜片的模量 上面的等式用于計(jì)算由于土工格室的附加圍壓加固，使用參數(shù)如下。D 0作為土工格室的初始直徑。土工格室展開不是圓形，形狀是三角形。土工格室的三角形等效直徑可通過(guò)等同的圓來(lái)獲得。M 是在軸向應(yīng)變?chǔ)臕 的土工格室的材料的模量，可以從土工格室寬幅拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)得到的長(zhǎng)期負(fù)載 - 應(yīng)變曲線來(lái)確定。 圖2土工格室加固強(qiáng)度提高的莫爾圓的計(jì)算 表觀粘結(jié)強(qiáng)度和附加圍應(yīng)力之間的關(guān)系由于可以通過(guò)土工格室增強(qiáng)土壤樣品繪制圓莫爾圖獲得，圖2所示，工格室墊層附加粘結(jié)強(qiáng)度可根據(jù)下式（Rajagopal 等1999）獲得： 在（4）求Δσ3的值，代入等式（5），我們將得到土工格室約束土壤產(chǎn)生的凝聚力。這個(gè)附加的粘結(jié)強(qiáng)度被添加到原始在土工格室包封土壤的內(nèi)聚強(qiáng)度以獲得土工格室墊層（C g ）的內(nèi)聚強(qiáng)度。初步設(shè)計(jì)的問(wèn)題，如筑堤土中的堤防的幾何形狀、地基的性質(zhì)給出，我們可以通過(guò)試驗(yàn)值用邊坡穩(wěn)定分析土工格室墊層，并確定得到的設(shè)計(jì)值所需土工格室墊層內(nèi)聚強(qiáng)度的安全系數(shù)。從這個(gè)粘結(jié)強(qiáng)度，我們可以計(jì)算出土工格室的高度、土工格室的壁厚和土工格室軸向應(yīng)變的展開尺寸的假設(shè)值。這種設(shè)計(jì)方法已通過(guò)驗(yàn)證，土工格室支持模型堤防的情況下，在實(shí)驗(yàn)室建立了不同格室的展開尺寸大小、不同的土工格室高度；瑪達(dá)維Latha 等制成不同土工格室和沙子和粘土填充材料、土工格室墊層（2006）。，在模型試驗(yàn)與附加壓力下，作為一個(gè)在邊坡穩(wěn)定分析得到的安全因素是很好達(dá)成一致，可以觀察出導(dǎo)致路堤失敗所需的最大附加壓力。