软基上加筋土路堤的可能破坏形式,大致有如下几类。
(1)路堤沿加筋材料的交界面滑动。当路堤土体与筋材之间的摩擦力不足以抵抗地基承受的剪应力就会导致这种破坏,它往往发生在软土层厚度较小,如D/B<0.33的情况,其中D为软土厚度,B为堤底宽度。这时,填土与地基界面上及地基浅部产生较大的水平位移,潜在滑动面沿浅部水平向发展。如果筋材具有较高的强度,它可以阻止水平位移的进一步发展,从而提高地基的稳定性(Rowe,1992)。
(2)土堤连同地基的深层整体滑动。这种滑动可以简单地解释为,在假定的滑动面上的抗滑力矩MS和滑动力矩MA之比小于某一给定的安全系数。在抗滑力矩中应加上筋材所产生的加筋力矩。这种滑动在软土地基较厚,如D/B>0.33的加筋堤可能发生,这时填土、筋材和地基三部分,都可能发生破坏。当软土层较厚时,界面上的土体以垂直位移为主,水平位移很小,潜在滑面较深,圆弧滑动面起始点在堤顶部靠近中心处。
(3)地基整体承载破坏。它适用于地基加筋垫层具有足够的抗拉强度和刚度,筋材不可能被拔出或拉断,把加筋堤看作一个承受荷载的柔性整体基础,校核地基的承载力是否足够。
(4)地基在路堤荷重作用下,发生较大的沉降,使铺在地基表面上的筋材产生过量的拉伸变形。但这种拉伸变形是不均匀的,在坝趾部位最小,中心部位最大,如图11.1所示。当拉伸变形过大时,筋材就会发生断裂。
图11.1 加筋土堤的3种常见破坏形式
(a)部分堤体沿土工织物滑动;(b)边坡滑动;
(c)过量拉伸(www.xing528.com)
为了减小地基的沉降,要求所用加筋材料的拉伸模量最小值为
式中:Ph为堤坝中心处土工筋材所受的拉力;εmax为堤坝中心处土工筋材可能的最大应变。
上述的不同破坏形式的原因是多方面的,除土体(地基和上部堤坝)的特性外,主要有筋材与土体之间的摩擦特性,筋材的抗拉强度和延伸率,加筋垫层的刚度和完整性,筋材的布置方式和施工质量等方面。
对于一个需要加筋的堤坝,最重要的因素是地基土的抗剪强度和土与筋材之间界面的抗剪强度。因为软土上堤坝的侧面压力会在地基上施加一个剪应力,地基的加筋就是要部分或全部抵抗堤坝范围的土压力,限制侧向变形,并增加地基的承载力和堤坝的稳定性,这有赖于界面的抗剪强度的大小。另一方面,若地基土的强度过低,地基软土可能从加筋堤下侧向挤出,这也是软基上土堤破坏的一种形式。再有一种破坏机理,就是若筋材的拉伸刚度较低,则地基可能在加筋土体破坏之前产生较大的变形,而使堤坝无法工作,当这种情况发生时,对某些土类,沿潜在滑动面的较大变形可能造成土的应变软化,于是附加荷载将转移到加筋体上,导致筋材因过大应变而断裂,从而造成堤坝破坏。为此,尚需研究地基的应力应变特性和筋材的应力应变特性,以及筋材的抗拉强度。为了考虑筋材刚度与加筋土沉降的关系,对于一个特定的几何形状路堤,加筋土有一个拉伸刚度临界值,当低于该刚度时,加筋与沉降的影响无关,但拉伸刚度也有一个上限值,大于该值后,刚度的进一步增大,也不可能改变沉降(Rowe,1992)。
值得指出的是,既然在整个加筋材料中,筋材所受的拉力和发生的拉应变在不同部位是不同的,也就是应力和变形是不均匀的,那么应力集中的部位,如堤坝地基的中部或滑动破坏面两侧的不大范围(约几厘米)内,其拉伸变形远大于两侧筋材的变形,这大致相当于堤坝破坏时发生的变形量。由此可以推测,土工筋材在如此狭小的范围内发生的变形,足以使筋材的抗拉强度充分发挥,故有些文献认为,在土质堤坝的稳定分析中,可以考虑取用加筋材料的最大抗拉强度。
其次,在加筋机理方面,还有一个重要观点宜再强调一下。前面指出(第5章),加筋有直接加筋和间接加固两种作用,直接加筋是指由于筋材的存在,在筋材与土的界面上发生的摩阻力对被加筋土体的约束作用,而间接加固作用则是由于筋材的存在改变了周围一定范围内土体的应力场和变形场,从而改变了破坏型式,也改变了潜在滑动面的位置和形状,并使土体在变形过程中发生结构的变化,强度增大,从而对土本身起了加固的作
用。这样,在后期,即使土工筋材的加筋作用有所减弱甚至消失,仅凭土体本身也可维持稳定,这些机理,总的来说,可归结为土体整体性的增强(包承纲,2006)。
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。