加筋土边坡稳定性的计算方法研究

加筋土边坡稳定性的计算方法研究摘要：加筋土是一种在土中加入加筋材料而形成的复合土。在土中加入加筋材料可以提高土体的强度、增强土体的稳定性。因此，凡在土中加入加筋材料而使整个土工系统的力学性能得到改善和提高的土工加固方法均称为土工加筋技术，加筋土技术从广义上讲是一门土工增强技术，或称土工补强技术。本文针对其在土坡中的应用，分析加筋土边坡稳定性问题。关键词：加筋土；边坡；稳定性1加筋土概述加筋土是在岩土体中加入加筋材料（或者筋带）的一种复合岩土体。在填土施工过程中铺设加筋带或者土工格栅或土工织物等加筋材料，在填料与筋材共同受力、变形的同时，由于筋材与岩土体间的相互摩擦作用对岩土体产生侧向约束，提高了岩土体的抗剪强度、增强了岩土体的整体稳定性，并弥补岩土体不能抗拉或者抗拉强度很低的缺陷。加筋土挡墙及边坡与传统挡墙和边坡相比有以下优点：（1）经济性良好：可就近利用当地岩土或石料，一般可节省工程费用30%～50%。特别是在中小型工程、临时或简便工程以及场地狭小的道路工程中，其经济性显得尤为明显。（2）柔性好：对地基基础的变形适应性大，在软基或较差坡地条件下可不做地基处理，或仅需稍加处理即可。（3）抗震性好：具有较大柔性等特点，能很好地抵抗地震作用。（4）节省土地：提高利用空间：与传统挡墙相比，加筋土挡墙及边坡坡率增大，坡度变陡，一方面减少填料的方量，另一方面增大建（构）筑物周围可利用的空间。（5）美观：加筋土挡墙及边坡的面板可以做成要求的形式，能提供良好的视觉效果，挡墙坡面也可以根据情况设置面板种植土进行坡面绿化。2加筋土边坡稳定性的一般计算方法在实际工程应用中，目前主要还是以一般计算方法为主。加筋土陡坡的稳定性计算同加筋土挡墙的稳定性计算一样（当加筋土边坡的坡角大于或等于70°时，即按照加筋土挡墙进行设计）主要分内部稳定性计算和外部稳定性计算。内部稳定性计算主要是确定筋带拉力、筋带长度、筋带的布设及抗拔稳定性等问题，确保加筋土边坡能够正常工作，一般情况下，只要筋带材料取用合理，筋带拉力通常均满足要求；外部稳定性分析主要解决加筋土边坡的整体稳定性问题。（1）内部稳定性计算方法①安全系数确定加筋土边坡设计时，内部稳定性计算采用的安全系数满足下列条件：筋材的容许抗拉强度：式中：为筋材的极限抗拉强度。安全系数的计算要综合考虑施工过程中加筋材料铺设时的机械损伤，以及使用过程中的材料蠕变、化学剂破坏和生物破坏等各种外界因素引起的加筋材料强度降低，计算所得安全系数要满足相关土工合成材料应用规范的要求。抗拔验算中安全系数的要求：无粘性土：=1.5粘性土：=2.0②筋材拉力的计算在加筋机理上，加筋土陡边坡和加筋土挡墙基本是一致的，甚至可以说，加筋土陡边坡的应用是加筋土挡墙技术的扩展和延伸，因此加筋土陡边坡结构中筋材的拉力计算基本沿用加筋土挡墙设计中的计算方法。目前，加筋土筋带拉力计算的理论方法、计算公式较多。虽然各种计算方法各有不同，但可以用如下的通式表达：式中：为第i层筋材所受水平拉力；为筋材拉力计算系数；为第i层筋带上的正应力（vi=zi+q）；、分别为筋材水平向间距和竖向间距。③抗拔稳定性计算为保证每层筋带穿过滑动面伸入稳定地层的长度可提供充分的握裹力，防止筋带被拔出，筋带必须具有足够的长度。筋带长度的计算通式如下：其中：为筋材的容许抗拉强度；为土（填料）与筋材的摩擦系数。筋带在土中的长度由自由段长度（）和有效锚固段长度（）两部分组成。自由段位于不稳定区域（滑动破裂面前部），有效锚固段位于稳定区域（滑动破裂面后部）。加筋材料的设计长度为自由段长度与有效锚固段长度之和，即：筋带抗拔稳定性验算主要目的是验证筋带与填土（料）之间的摩擦阻力能否抵抗填土（料）变形产生的拉拔力（Ti），即摩擦阻力大于拉筋所受填土（料）的拉拔力。其中，为筋带抗拔安全系数。设筋带宽度为，填土（料）与筋带之间的摩擦系数为，筋带的有效长度为。在深度处的筋带抗拔阻力（忽略拉筋侧摩阻力）为：通常假设沿筋带长度方向和填土（料）厚度方向保持不变，随填土（料）厚度线性变化。在同一厚度范围内，呈均匀分布状态，=，则有：根据设计要求：其中，一般为规范规定的安全系数。（2）加筋土边坡外部稳定性计算方法外部稳定性计算主要指加筋土边坡的整体稳定性分析。在设计或计算时认为加筋土边坡的失稳破坏类型与普通边坡一样，沿圆弧形或折线形滑动面破坏，一般常用为圆弧形滑动面。普通方法评价边坡稳定性常用安全系数Ks，即抗滑力矩与下滑力矩的比值。当Ks大于某一规定的取值时，即认为坡体是安全稳定的。对加筋土边坡来说，也可采用同样的方法分析评价其稳定性，只不过各层筋带的拉力对滑动圆心产生抗滑力矩，因此，亦可采用总抗滑力矩（未加筋时土坡抗滑力矩与加筋后筋带拉力产生的抗滑力矩之和）与下滑力矩之比值求得加筋边坡的安全系数。基于加筋土整体滑动这一破坏形式，加筋土边坡整体稳定性分析计算主要采用圆弧形滑动面的瑞典条分法，其计算简图如图1所示。图1加筋土边坡稳定性计算简图采用土工格栅作为加筋材料时，假设土工格栅筋带的作用力保持水平，其主要增加了边坡的抗滑力矩，稳定安全系数的计算公式如下：式中：为第i土条滑弧切线与水平方向的夹角；i为第i土条滑动面处土体的内摩擦角；为第i层筋带的容许抗拉强度；为第i层筋带拉力对应的力臂；为滑动圆弧的半径。加筋土边坡稳定性分析计算的工作量十分庞大，特别是最危险圆弧滑动面的确定需要通过逐次试算后确定，此项工作一般借助于计算机软件通过网格搜索的方法来实现，网格搜索的范围一般处于可能的圆弧滑动面附近。在实际操作中，开始的网格步长可适当地选择大一些，以减少试算次数，在接近最危险滑弧附近区域时再逐渐减小步长。参考文献：[1]王祥.徐林荣.双级加筋土挡墙的测试分析[J].岩土工程学报.2003，25（2）：220-224.[2]章为民，赖忠中，徐光明.加筋挡土墙离心模型试验研究[J].土木工程学报.2003，33（3）：85-90.[3]彭乐芳.土工格栅加筋砂土的变形与破坏机理解析[J].岩土力学.2004，25（6）：843-849.