土工织物补强软基的整体稳定性计算

第27卷第4期 辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2008年8月 V ol.27 No.4 Journal of Liaoning Technical University （Natural Science ） Aug. 2008

文章编号：1008-0562(2008)04-0544-04

土工织物补强软基的整体稳定性计算

唐洪祥1，王海清1，王大国2

(1.大连理工大学 海岸与近海工程国家重点实验室, 辽宁 大连 116024；

2.大连大学 材料破坏力学数值实验研究中心, 辽宁 大连 116622)

摘 要：针对现有的应用于有加筋垫层路堤的整体稳定性计算的分条圆弧法，未能反映筋材所起的全部作用，偏于保守难以全面反映加筋效果。为了从加筋机理和计算分析两方面更合理地阐述加筋垫层的加筋效果，利用现场足尺破坏试验数据，结合边坡稳定分析的圆弧滑动条分法，分析了加筋垫层路堤的失稳破坏机制。在此基础上，指出深层滑动潜在滑弧要通过路堤的沉降中心点, 并为加筋垫层路堤的稳定性分析提出了一种合理考虑加筋垫层阻滑作用的简化实用分析方法。该方法可推广应用于工程实践。 关键词：现场足尺破坏试验；圆弧滑动条分法；加筋垫层；阻滑作用 中图分类号： 文献标识码：A

Whole stability analysis method for reinforced soft foundation of

embankment with geofabric

TANG Hongxiang 1，WANG Haiqing 1，WANG Daguo 2

(1. State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116023, China; 2. Research Center for Numerical Test on Material Failure, Dalian

University, Dalian 116622, China)

Abstract: At present, the safety coefficients are improved little with circular failure analysis method stated in the criterion for preventing deep sliding of reinforced underlying layer of embankment with geofabric, which doesn’t agree with the actual circs and doesn’t reflect the whole effects of reinforced geofabric. In order to illustrate the effects of reinforced geofabric reasonablely by the ways of reinforced mechanism and numerical analysis. Making use of the data of the full scale test, the instability and failure mechanism of the embankment with reinforced underlying layers is revealed based on the circular arc method. With this understanding, the circular sliding surface passing the maximal vertical settlement point, which is the center point of the interface between embankment and geofabric, is pointed out. Besides, an applied simplified circular failure analysis method for computing the safety factor of the embankment with reinforced underlying layers was put forward. The simplified circular failure analysis method can take the contribution of geofabric into account reasonably and be extended and applied in the engineering practice. Key words: full scale test; circular arc method; reinforced underlying layer; sliding resistance role

0 引 言

将用于土坡深层滑动的分条圆弧法，应用到有加筋垫层路堤的整体稳定性计算基本上是可以的，但它偏于保守难以全面反映加筋效果，不能反映筋材所起的全部作用[1]

。这除了方法本身缺陷外，还与土和筋材的性状及二者协调状况尚未认识清楚有关。因此，发展和完善土工织物补强软基的整体稳定性计算方法具有重要的现实意义。 文献[2]分析了土工布提高加筋土强度的力学

机理，文献[3]采用非线性有限元方法研究了土工织物加固堤防问题。有限元分析方法在一定程度上考虑了土工织物与土之间的协调作用机理，但不直观

且没有统一的破坏标准，要应用于工程实际仍有很长的路要走。既进行机理分析同时又采用简单明了的极限平衡条分法，文献[4]根据现场加筋垫层路堤

第4期 唐洪祥，等：土工织物补强软基的整体稳定性计算

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的实验破坏结果，在分析土工织物补强软基作用机理的基础上，提出了采用通过沉降最大值的堤基中心点的新滑弧可使路堤的稳定性分析计算更接近实际。

本文以胜利油田路堤现场足尺破坏试验为依据，在文献[4]注重滑动破坏机理分析的基础上，进一步考虑土工织物的实际效果与补强软基的实际破坏过程，将分析简化，提出了一种实用的适用于土工织物加筋软基稳定性分析的一般计算方法。

1 加筋垫层路堤破坏试验简介

胜利油田于上世纪80年代在黄河入海口海滩

潮间带修筑了大量拦海路堤，但后来某些路堤因失稳坍陷筑不到挡潮高程而被迫停工。原因在于路堤

地基除表层（1.0~2.0 m 厚）有一定承载能力外，其

下则是厚度不等（2.6~9.3 m ）的软土层（淤泥质亚

粘土）。路堤的失稳破坏主要与软基承载能力满足

不了要求有关。为了取得必要数据检验筑堤方案具体效果，映证室内有关试验和数值计算结果，进行了现场路堤足尺破坏试验[5]

。试验路堤填筑材料为

轻亚粘土，每次填土厚度为0.3 m ，碾压后的干容

重要达到1.55 g/cm 3。同时在路堤与路基中埋设了观测仪器，有边桩、表层沉降板、土工织物位移计、磁性分层沉降仪、孔隙水压传感器等。另外在现场

进行了地质钻探及静力触探和十字板剪切试验，在

室内又进行了相关试验：对土工织物沿经向与纬向

取宽度为5 cm 的条带进行了拉伸试验，所得拉伸

力与应变的关系如图1；整个试验路堤共分四段，现仅对其中在堤底加一层土工织物的堤段进行分析。

当堤身填土修筑到3.86 m 高程时，观测仪器中位于地基表层的边桩水平位移值、沉降板垂直升降值及织造土工织物应变值都已开始有了比较大的变化。在填土修筑到4.0 m 高程后，上面的那些观测仪器的测值变化均已进入急剧增长阶段，而当地基表层的水平位移和垂直升降有的已高达每日数十到上百毫米时，可以认为堤坝已进入极限平衡状态。当堤顶高程达到4.78 m 时，堤坝整体发生大部分堤身连同部分地基一起向南侧滑移的整体稳定性破坏。此时地基表层的水平位移和垂直升降及织造土工织物的拉应变变化曲线也急剧上升到某个最大值后停止或开始下降。最后的沉降变形如图2。

表1 计算所用材料的抗剪强度参数

Tab.1 shear resistance parameters used in the analysis

材料类型 材料抗剪强度参数

堤身填土 D 32=ϕ，kPa

c 0.2=

填土与土工织物界面 D 30=ϕ，kPa c 0.5=

地基第一层轻亚粘土 D 36=ϕkPa c 35=

地基第二层亚粘土 D 03=ϕkPa c 5.123=

0510152025300

12

3

45

6

图1 土工织物拉伸力与应变关系

Fig.1 relationship between tensile force and

tensile strain of geofabric

图2 有一层土工织物加筋下的堤坝沉降轮廓线

Fig.2 settlement contour line of the embankment with one reinforced underlying layer of geofabric

拉伸应变 (%) 拉伸力/(104N ·m -1)

1 观测仪器的位置 沉降轮廓线

计划建造的轮廓线

4.78m 2.16m 北 0.52m 0.17m

-0.68m -0.82m -0.65m 0.00m

0.18m 0.45m 5.25m 5.25m 5.25m 5.25m 5.25m 5.25m

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