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山东联祥工程材料有限公司

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摘要 ：可用于土工格室堤防加固的设计方法是极少数。较早的两种方法和在本文所提出的并与他们相比的第三方法。在第一种方法叫做滑移线的方法，所述土壤的塑性承载失效假定，即土工格室层在软土中使用非对称滑移线计算地基土。第二种方法基于边坡稳定分析，通用边坡稳定性设计对基床路堤需要土工格室的强度。在第三本文提出的方法，土工格室加固是基于堤防平面应变有限元设计的分析。所述土工格室层被建模为一个等效的复合层用以改性强度和刚度值。强度和土工格室层的尺寸则估计需要承载能力或允许变形。这三种设计方法是通过设计实例相比较。据观察，基于有限元模拟的设计方法是最全面的，因为它解决了允许变形的问题，并给出完整的应力、变形和给定负载条件下路基的应变行为。 关键词：土工格室; 加强; 堤; 软基; 设计; 复合模式; 有限元 分析。 1. 介绍 软弱土壤堤防建设是许多岩土工程应用中经常遇到的问题，如高速公路，机场跑道堤防，堤防围堵，洪水保护防洪堤，土坝和护堤。高强度土工合成材料可用于各种软土堤防加固稳定化技术，简单，速度更快，性价比高。利用土工格室用于加固软弱土体堤防，近年来已经获得了不少人气。土工格室是三维土工合成材料，用其装满泥土或颗粒料，土工格室基础层路基加固的重要优点有： ?它充当一个快速的建设工作平台。 ?它作为一个地基堤防的坚硬平台，提升了均匀沉降。 ?它最大限度地减少施工时间，并减少了挖掘和换填成本。 ?它可以防止承载能力失效，减少过多的沉降和横向变形。 ?它提供了短期和长期的堤防稳定性。 对土工格室加筋土性能的文献报道是很少，调查由巴瑟斯特和Jarrett 的（1988），詹纳、（1988），Bush 等人。 （1990年），迪恩和洛锡安（1990年），巴瑟斯特和Karpurapu （1993年），Cowland 和黄（1993），巴瑟斯特和Knight （1998）Hendricker （1998），Krishnaswamy （2000），玛达维Latha 和Rajagopal （2007），玛达维Latha （2008年）等，可用于土工格室堤防防护的设计方法是很少。在本文中，基于土工格室的有限元分析提出了堤防设计新方法，该方法相比两者的早期方法相比较。 2. 现有的设计方法 只有极少数研究人员探讨了土工格室的设计方法。其中有些是给由普易格和夏弗纳（1986年），奥斯汀（1992）和利里丘蒂（1994年）。但是，这些方法是根据坡面侵蚀控制应用来设计土工格室。据笔者的了解，文献报道只有两个方法设计土工格室强化支持软粘土地基堤防。第一种方法是滑移线分析，由詹纳等人提出的方法（1988）。第二种方法是基于边坡稳定分析，通过玛达维Latha 等人提出（2006）。 2.1滑移线法 詹纳（1988）建议的用于设计土工格室堤防防护的方法。在本设计中， 假设土壤承载力是塑性失败而不是圆形滑动失败，这类故障是对于堤防的预期，其宽度是地基土深度四倍以上。 Johnson 和梅勒（1983）的方法是在两个粗糙的刚性地基土块上加压。，这是近似的软土块，假设加压在顶部的土工格室基床和在底部的硬层之间。用这个模拟软地基土加固的一种非对称滑移区域线。这种设计的概念是，土工格室施加在具有一定程度土工格室抑制作用的软土块上，从而旋转主应力的方向，最大剪切方向压力也相应地旋转，深推破坏面到地基。用一个15°滑移线场来确定软土的承载能力。滑动的结构线和相应的承载压力图进行了详细讨论（詹纳等人，1988）。基于滑动的土工格室路堤典型的承载能力滑移线示于图 1。 图1 土工格室路堤承载力滑移线图 承载力图通过从滑移线区的外缘向内的“刚性端”的边界，滑移区域线定义为土工格室宽度和软质土层深度的比。“刚性端' 是詹纳 （1988）所用的术语来表示土壤区，这不经历塑性应变。因此，滑移线字段用来定义限制可塑性的一个区域内最大允许压力分布。 格室垫层的拉伸力由作用在地基上的应力来确定。横跨' 刚性端' 的应力分布，可以通过考虑旋转来确定其中每个应力场的边界的刚性段和弧形段。整个刚性端的平均压力可被计算： 其中P/Cu =在刚性端的末端的应力场读值 P'=整个刚性端的平均应力 I =Σ（水平弧弦长×旋转） X =Σ（水平弦长） D =软土层深度 这些条件说明，弧弦长和计算的图形表示跨刚性边界平均应力，由詹纳等人（1988年）和布什（1990）。现在的容许承载力可以根据附加应力和承载力故障安全系数计算出来。 对于设计土工格室，考虑格室垫层内颗粒土，但软质层有影响。在元件中的应力状态可以从Mohrcircle （詹纳1988）获得。 该构件在水平应力，由等式给出：

工程中常规处理路基的方法无需赘述，其目的就是提高地基材料的抗剪力和摩擦力，减少或延缓地基材料在荷载的压力或震动作用下发生移动的能力，因而工程中对材料的要求必然有许多苛刻的限制，假如不能就近获取所需材料，就需要外购这些材料，购买材料的费用和运输费用占去整个工程成本的很大部分。而使用土工格室就可以就地或就近取材，甚至可以使用在常规情况下不能使用的材料，从而大幅度减少材料购置费用和运输费用。为什么会这样呢？土工格室承载情况示意：在集中载荷作用下，受力的主动区1依然会把所受的力传递给过渡区2，但由于格室壁的侧向限制和相邻格室的反作用力，以及填料与格室壁的摩擦力所形成横向阻力，抑制了过渡区2和被动区3的横向移动倾向，从而使路基的承载能力得以提高。经过试验，在格室的限制作用下，中密砂的表观粘聚力可以增加三十几倍。很显然，假如能增加路基材料的抗剪力或抑制三个区域移动就可以取得提高地基承载力的效果，这就是土工格室的限制原理。 大多情况下格室内充填砂砾或碎石等非粘性材料，因此，土工格室加固层又是一个水平排水通道，可加快饱和土固结过程中空隙水压力消散速度，从而加速土体的固结。总之，土工格室具有垫层、加筋、排水、调节应力及变形，提高土体抗渗能力的综合功效。 3土工格室的施工方法 土工格室作为一种新型的土工合成材料。施工快捷、方便、省力，整平施工场地，清除杂物。铺设施工垫层并压实，然后铺设土工格室，铺设中要尽量拉紧，不得有褟皱。及时用填料填充格室内并压实，同时观测格室变形和检查密实度。最后修正边坡完工。 4土工格室在公路建设中的应用 4.1沙漠筑路应用 早在1994年，西安公路学院与华北石油治理局筑路工程公司合作，使用华北石油治理局橡胶制品暨防腐技术研究所研制的土工格室，进行了沙漠筑路应用研究，重点研究了土工格室填充塔克拉玛干沙漠筑路的主要设计参数------抗压回弹模量。研究结果证实，所获得的抗压回弹模量达190∽210MPa ，完全满足路基设计要求，而且土工格室填沙结构层比天然砂砾结构层减薄约10cm ，可以就近取材。1995年应用此项研究在塔里木沙漠永主性石油公路塔中四∽民丰南段10Km 的线路上全面使用土工格室填沙法构筑路基垫层。所测得的路表弯沉值为49∽64，均小于答应弯沉值，回弹模量为206.19∽273.97MPa ，平均值为 239.58MPa ，说明格室固沙所获得的整体强度明显大于级配砂砾层的强度，而且所有层位的压实度检测都满足规范要求。所节省的常规路基材料费用和运输费用，使筑路成本降低50%，所使用的工期也比常规方法缩短60%。 4.2软基处理 1997年，辽河油田勘察设计院海洋工程研究院，在滩海潮间带临探道路进行了土工格室筑 路试验，更进一步证实了土工格室在解决沉降方面的独到功效。该地区黄海高程1m 以上，涨潮水深近1m ，地基承载力仅110MPa ，上有10cm 以上的淤泥。他们采用华北石油治理局橡胶制品暨防腐技术研究所生产的20cm 高土工格室两层，配合土工布作路基底层，下层格室内填粗砂、砾石，上层内填矿渣，两边用山皮石作路肩。经过潮水浸透自然沉降以后，无需碾压即可行走大型重载翻斗车。经过四个多月、每日近百车次，反映了格室、矿渣路面结构强度高、整体性好、荷载均匀扩散能力强的特点。从他们在这次试验中所作的土工格室筑路与常规使用山皮石填海筑路两种方案的经济效益和社会效益分析中可知：使用山皮石筑路每公里造价在400∽500万元之间，工期30∽40天，每公里需要3600个运输台班，每公里占地20万m2。而用土工格室筑路，造价在100∽130万元，工期7天左右，每公里运输台班310个，每公里占地近7000m2。两者差距之大令人赞叹。减少车辆行驶污染、减少石料用量、减少填料对海洋的污染，非凡是具有养殖价格的滩涂地区，其环保、经济效益更为可观。 4.3湿陷性黄土地区、高填方路基填挖连接段

山东联祥工程材料有限公司是一家集研发、生产、销售及售后服务为一体的高新技术企业，主营土工膜，复合土工膜，HDPE土工膜，，糙面土工膜，土工格栅，防水板等各种产品，公司成立于2009年，总资产为1.5亿，占地150亩，现有职工300人，各类技术人员150人。公司地处全国土工合成材料专业生产基地－德州陵县。紧靠京沪高速铁路，京福高速公路，104国道，毗邻青岛，烟台，天津三大水运港口，拥有得天独厚的地理条件，交通十分便利。
我公司生产的hdpe复合土工膜以塑料薄膜作为防渗基材，与无纺布hdpe复合而成的土工防渗材料，它的防渗性能主要取决于塑料薄膜的防渗性能。目前，国内外防渗应用的塑料薄膜，主要有聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE HDPE）、乙烯/醋酸乙烯共聚物（EVA)，它们是一种高分子化学柔性材料，比重较小，延伸性较强，适应变形能力高，耐腐蚀，耐低温，抗冻性能好。其主要机理是以塑料薄膜的不透水性隔断土坝漏水通道，以其较大的抗拉强度和延伸率承受水压和适应坝体变形；而无纺布亦是一种高分子短纤维化学材料，通过针刺或热粘成形，具有较高的抗拉强度和延伸性，它与塑料薄膜结合后，不仅增大了塑料薄膜的抗拉强度和抗穿刺能力，而且由于无纺布表面粗糙，增大了接触面的摩擦系数，有利于hdpe复合土工膜及保护层的稳定。同时，它们对细菌和化学作用有较好的耐侵蚀性，不怕酸、碱、盐类的侵蚀。现在又有种新型的hdpe复合土工膜--经编复合土工膜。经编复合土工膜以合成纤维（或玻璃纤维）为增强材料，通过与hdpe复合土工膜hdpe复合而成的新型土工材料。经编hdpe复合土工膜不同于一般hdpe复合土工膜。其最大特点是经线与纬线的交叉点不弯曲，各自处于平直状态。用捆绑线将两者捆扎牢固，可全面较均匀同步，承受外力，分布应力，且当施加的外力撕裂材料的瞬时，纱线会沿初裂口拥集，增加抗撕裂强度。经编hdpe复合时，即利用经编捆绑线在经，纬纱与短纤针刺非织防水土工布的纤维层间反复穿行，使三者编结为一体。因而经编hdpe复合土工膜既具有高抗拉强度，低延伸率的特点，又兼有hdpe复合土工膜的防水性能。因此经编hdpe复合土工膜是一种具在加筋增强、隔离、防护作用的防渗材料。它是当今国际上高水平的应用土工hdpe复合材料。公司秉承“以诚信为本，以质量求生存，以品种图发展”的企业方针。依靠科技发展，坚持创新，以技术为核心，不断为用户提供满意的高质量产品是我们始终不变的追求。