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山東聯(lián)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設(shè)計方法是極少數(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稱滑移線計算地基土。第二種方法基于邊坡穩(wěn)定分析，通用邊坡穩(wěn)定性設(shè)計對基床路堤需要土工格室的強度。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)計的分析。所述土工格室層被建模為一個等效的復(fù)合層用以改性強度和剛度值。強度和土工格室層的尺寸則估計需要承載能力或允許變形。這三種設(shè)計方法是通過設(shè)計實例相比較。據(jù)觀察，基于有限元模擬的設(shè)計方法是最全面的，因為它解決了允許變形的問題，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; 堤; 軟基; 設(shè)計; 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)常遇到的問題，如高速公路，機場跑道堤防，堤防圍堵，洪水保護(hù)防洪堤，土壩和護(hù)堤。高強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)，簡單，速度更快，性價比高。利用土工格室用于加固軟弱土體堤防，近年來已經(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)點有： ?它充當(dāng)一個快速的建設(shè)工作平臺。 ?它作為一個地基堤防的堅硬平臺，提升了均勻沉降。 ?它最大限度地減少施工時間，并減少了挖掘和換填成本。 ?它可以防止承載能力失效，減少過多的沉降和橫向變形。 ?它提供了短期和長期的堤防穩(wěn)定性。 對土工格室加筋土性能的文獻(xiàn)報道是很少，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)計方法 只有極少數(shù)研究人員探討了土工格室的設(shè)計方法。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)用來設(shè)計土工格室。據(jù)筆者的了解，文獻(xiàn)報道只有兩個方法設(shè)計土工格室強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)計土工格室堤防防護(hù)的方法。在本設(shè)計中， 假設(shè)土壤承載力是塑性失敗而不是圓形滑動失敗，這類故障是對于堤防的預(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。用這個模擬軟地基土加固的一種非對稱滑移區(qū)域線。這種設(shè)計的概念是，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15°滑移線場來確定軟土的承載能力。滑動的結(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）。基于滑動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)語來表示土壤區(qū)，這不經(jīng)歷塑性應(yīng)變。因此，滑移線字段用來定義限制可塑性的一個區(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)力來確定。橫跨' 剛性端' 的應(yīng)力分布，可以通過考慮旋轉(zhuǎn)來確定其中每個應(yīng)力場的邊界的剛性段和弧形段。整個剛性端的平均壓力可被計算： 其中P/Cu =在剛性端的末端的應(yīng)力場讀值 P'=整個剛性端的平均應(yīng)力 I =Σ（水平弧弦長×旋轉(zhuǎn)） X =Σ（水平弦長） D =軟土層深度 這些條件說明，弧弦長和計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）。現(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)計算出來。 對于設(shè)計土工格室，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：

工程中常規(guī)處理路基的方法無需贅述，其目的就是提高地基材料的抗剪力和摩擦力，減少或延緩地基材料在荷載的壓力或震動作用下發(fā)生移動的能力，因而工程中對材料的要求必然有許多苛刻的限制，假如不能就近獲取所需材料，就需要外購這些材料，購買材料的費用和運輸費用占去整個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，甚至可以使用在常規(guī)情況下不能使用的材料，從而大幅度減少材料購置費用和運輸費用。為什么會這樣呢？土工格室承載情況示意：在集中載荷作用下，受力的主動區(qū)1依然會把所受的力傳遞給過渡區(qū)2，但由于格室壁的側(cè)向限制和相鄰格室的反作用力，以及填料與格室壁的摩擦力所形成橫向阻力，抑制了過渡區(qū)2和被動區(qū)3的橫向移動傾向，從而使路基的承載能力得以提高。經(jīng)過試驗，在格室的限制作用下，中密砂的表觀粘聚力可以增加三十幾倍。很顯然，假如能增加路基材料的抗剪力或抑制三個區(qū)域移動就可以取得提高地基承載力的效果，這就是土工格室的限制原理。 大多情況下格室內(nèi)充填砂礫或碎石等非粘性材料，因此，土工格室加固層又是一個水平排水通道，可加快飽和土固結(jié)過程中空隙水壓力消散速度，從而加速土體的固結(jié)?？傊?，土工格室具有墊層、加筋、排水、調(diào)節(jié)應(yīng)力及變形，提高土體抗?jié)B能力的綜合功效。 3土工格室的施工方法 土工格室作為一種新型的土工合成材料。施工快捷、方便、省力，整平施工場地，清除雜物。鋪設(shè)施工墊層并壓實，然后鋪設(shè)土工格室，鋪設(shè)中要盡量拉緊，不得有褟皺。及時用填料填充格室內(nèi)并壓實，同時觀測格室變形和檢查密實度。最后修正邊坡完工。 4土工格室在公路建設(shè)中的應(yīng)用 4.1沙漠筑路應(yīng)用 早在1994年，西安公路學(xué)院與華北石油治理局筑路工程公司合作，使用華北石油治理局橡膠制品暨防腐技術(shù)研究所研制的土工格室，進(jìn)行了沙漠筑路應(yīng)用研究，重點研究了土工格室填充塔克拉瑪干沙漠筑路的主要設(shè)計參數(shù)------抗壓回彈模量。研究結(jié)果證實，所獲得的抗壓回彈模量達(dá)190∽210MPa ，完全滿足路基設(shè)計要求，而且土工格室填沙結(jié)構(gòu)層比天然砂礫結(jié)構(gòu)層減薄約10cm ，可以就近取材。1995年應(yīng)用此項研究在塔里木沙漠永主性石油公路塔中四∽民豐南段10Km 的線路上全面使用土工格室填沙法構(gòu)筑路基墊層。所測得的路表彎沉值為49∽64，均小于答應(yīng)彎沉值，回彈模量為206.19∽273.97MPa ，平均值為 239.58MPa ，說明格室固沙所獲得的整體強度明顯大于級配砂礫層的強度，而且所有層位的壓實度檢測都滿足規(guī)范要求。所節(jié)省的常規(guī)路基材料費用和運輸費用，使筑路成本降低50%，所使用的工期也比常規(guī)方法縮短60%。 4.2軟基處理 1997年，遼河油田勘察設(shè)計院海洋工程研究院，在灘海潮間帶臨探道路進(jìn)行了土工格室筑 路試驗，更進(jìn)一步證實了土工格室在解決沉降方面的獨到功效。該地區(qū)黃海高程1m 以上，漲潮水深近1m ，地基承載力僅110MPa ，上有10cm 以上的淤泥。他們采用華北石油治理局橡膠制品暨防腐技術(shù)研究所生產(chǎn)的20cm 高土工格室兩層，配合土工布作路基底層，下層格室內(nèi)填粗砂、礫石，上層內(nèi)填礦渣，兩邊用山皮石作路肩。經(jīng)過潮水浸透自然沉降以后，無需碾壓即可行走大型重載翻斗車。經(jīng)過四個多月、每日近百車次，反映了格室、礦渣路面結(jié)構(gòu)強度高、整體性好、荷載均勻擴(kuò)散能力強的特點。從他們在這次試驗中所作的土工格室筑路與常規(guī)使用山皮石填海筑路兩種方案的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益分析中可知：使用山皮石筑路每公里造價在400∽500萬元之間，工期30∽40天，每公里需要3600個運輸臺班，每公里占地20萬m2。而用土工格室筑路，造價在100∽130萬元，工期7天左右，每公里運輸臺班310個，每公里占地近7000m2。兩者差距之大令人贊嘆。減少車輛行駛污染、減少石料用量、減少填料對海洋的污染，非凡是具有養(yǎng)殖價格的灘涂地區(qū)，其環(huán)保、經(jīng)濟(jì)效益更為可觀。 4.3濕陷性黃土地區(qū)、高填方路基填挖連接段

山東聯(lián)祥工程材料有限公司是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及售后服務(wù)為一體的高新技術(shù)企業(yè)，主營土工膜，復(fù)合土工膜，HDPE土工膜，，糙面土工膜，土工格柵，防水板等各種產(chǎn)品，公司成立于2009年，總資產(chǎn)為1.5億，占地150畝，現(xiàn)有職工300人，各類技術(shù)人員150人。公司地處全國土工合成材料專業(yè)生產(chǎn)基地－德州陵縣。緊靠京滬高速鐵路，京福高速公路，104國道，毗鄰青島，煙臺，天津三大水運港口，擁有得天獨厚的地理條件，交通十分便利。
我公司生產(chǎn)的hdpe復(fù)合土工膜以塑料薄膜作為防滲基材，與無紡布hdpe復(fù)合而成的土工防滲材料，它的防滲性能主要取決于塑料薄膜的防滲性能。目前，國內(nèi)外防滲應(yīng)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)，它們是一種高分子化學(xué)柔性材料，比重較小，延伸性較強，適應(yīng)變形能力高，耐腐蝕，耐低溫，抗凍性能好。其主要機理是以塑料薄膜的不透水性隔斷土壩漏水通道，以其較大的抗拉強度和延伸率承受水壓和適應(yīng)壩體變形；而無紡布亦是一種高分子短纖維化學(xué)材料，通過針刺或熱粘成形，具有較高的抗拉強度和延伸性，它與塑料薄膜結(jié)合后，不僅增大了塑料薄膜的抗拉強度和抗穿刺能力，而且由于無紡布表面粗糙，增大了接觸面的摩擦系數(shù)，有利于hdpe復(fù)合土工膜及保護(hù)層的穩(wěn)定。同時，它們對細(xì)菌和化學(xué)作用有較好的耐侵蝕性，不怕酸、堿、鹽類的侵蝕?，F(xiàn)在又有種新型的hdpe復(fù)合土工膜--經(jīng)編復(fù)合土工膜。經(jīng)編復(fù)合土工膜以合成纖維（或玻璃纖維）為增強材料，通過與hdpe復(fù)合土工膜hdpe復(fù)合而成的新型土工材料。經(jīng)編hdpe復(fù)合土工膜不同于一般hdpe復(fù)合土工膜。其最大特點是經(jīng)線與緯線的交叉點不彎曲，各自處于平直狀態(tài)。用捆綁線將兩者捆扎牢固，可全面較均勻同步，承受外力，分布應(yīng)力，且當(dāng)施加的外力撕裂材料的瞬時，紗線會沿初裂口擁集，增加抗撕裂強度。經(jīng)編hdpe復(fù)合時，即利用經(jīng)編捆綁線在經(jīng)，緯紗與短纖針刺非織防水土工布的纖維層間反復(fù)穿行，使三者編結(jié)為一體。因而經(jīng)編hdpe復(fù)合土工膜既具有高抗拉強度，低延伸率的特點，又兼有hdpe復(fù)合土工膜的防水性能。因此經(jīng)編hdpe復(fù)合土工膜是一種具在加筋增強、隔離、防護(hù)作用的防滲材料。它是當(dāng)今國際上高水平的應(yīng)用土工hdpe復(fù)合材料。公司秉承“以誠信為本，以質(zhì)量求生存，以品種圖發(fā)展”的企業(yè)方針。依靠科技發(fā)展，堅持創(chuàng)新，以技術(shù)為核心，不斷為用戶提供滿意的高質(zhì)量產(chǎn)品是我們始終不變的追求。