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1、第八讲加筋土边坡,边坡防护技术讲义,8.1概述,加筋土结构,1.加筋土 加筋土在土中加入加筋材料形成的复合土。2.加筋的作用 在土中加入加筋材料可以提高土的强度，增强土体的稳定性。3.加筋土的应用 加筋土的应用加筋土仅应用于填方工程。,一.加筋土概念,8.1概述,加筋土结构,加筋土结构由加筋土形成的结构，包括加筋土边坡和加筋土挡墙，还有用于加筋路面的，见下图。,二.加筋土结构,加筋土边坡,加筋土挡墙,8.1概述,加筋土结构,加筋土结构一般由基础、面板、加筋材料、土体填料等部分组成。,三.加筋土结构组成,8.1概述,与传统支挡结构相比，加筋土结构具有显著特点：1.结构新颖、造型美观 主要是面板可
2、以设计出多种图案，与周围环境等可以很好的协调配套。如下图所示的六角形、十字形和方形等形状。,加筋土结构特点,8.1概述,2.技术简单、施工方便 加筋土结构的加强机理虽然较为复杂，但其结构简单，技术易掌握，需要的施工机械少，不需专门的施工机具。而且加筋体是逐层回填压实而成的，是柔性结构，墙体形成的加载而引起的地基变形对加筋土结构本身的影响较小，因而需要的地基处理比较简单，施工十分方便。,加筋土结构特点,8.1概述,3.要求较低、节省材料 加筋土各组成部分对材料的要求都不高。其大宗材料为加筋土填料，即一般的填土，来源广泛，容易获得。其余材料用量都很小，而且要求不高，易于获得。4.施工速度快、工期较
3、短 加筋土结构技术简单，施工容易方便，大宗的土石方易于取得，其余材料一般是工厂化生产，现场安装。施工作业简单，可组织流水作业以及大面积作业。而且，施工工艺简单，工序少，易于管理。因此施工速度很快，工期很短。,加筋土结构特点,8.1概述,5.造价较低、经济效益好 加筋土结构的造价在同等条件下，与其他的支挡结构相比，节约造价一般为10%50%。而且加筋土结构坡度较大，工程占地小，经济效益明显。6.适应性强、应用广泛 加筋土结构基本适用于所有的填方结构，如路堤工程、路肩工程、边坡工程、护岸工程、料场等。,加筋土结构特点,8.2加筋土工作原理,在工程实践中，可以发现松散的砂土形成的是具有天然休止角的斜
4、坡，粘性土体可开挖出一点高度的垂直坡面。如果在砂土中分层埋设水平向的加筋材料，则这种由砂土和加筋材料共同构成的筋-土复合体就可保持一定高度的直立边坡，这一点与粘性土相似。这表明砂土加筋后所形成的复合土体的力学性能和稳定性得到了较大的提高。,加筋土的加固效果,8.2加筋土工作原理,摩擦加筋原理,一.加筋土微观受力特征,加筋土埋设于松散颗粒中，拉筋与颗粒紧密相贴在一起，右图所示即为其受力状态中的一微段。,8.2加筋土工作原理,摩擦加筋原理,如图所示的加筋土中一微段，承受有法向应力和拉筋左右截面的力T1和T2，则此微段上的水平推力就为dT=T2-T1。另外，由于拉筋承受有法向应力，则会在土粒和拉筋之
5、间产生摩擦力dF，dF与和摩擦系数相关。当dFdT时，土的水平推力被筋-土间的摩擦力所克服，筋-土间不会产生错动，此时此微段保持稳定。当dFdT时，土的水平推力大于筋-土间的摩擦力，筋-土间会产生错动，此时此微段会失稳。,8.2加筋土工作原理,摩擦加筋原理,如果加筋土挡墙受土体的推力而产生破坏，根据郎肯理论，沿破裂面可将墙体分为主动破坏区和稳定区，如下图所示。由于摩阻力的存在，使土体与拉筋形成一种新的复合土体，其中主动破坏区的拉筋会随着土体一起向外移动，从而会对埋深在稳定区的拉筋产生拉力。而稳定区的土体与拉筋的摩阻力会阻止拉筋被拔出。如果每一层的拉筋与土体的摩阻力均能抵抗本层拉筋承受的土推力，
6、则整个结构就会是稳定的结构。,二.摩擦加筋原理,8.2加筋土工作原理,摩擦加筋原理,8.2加筋土工作原理,摩擦加筋原理,前面的分析主要基于一点，就是土颗粒和拉筋间的摩阻力，其作用一是保证下滑土体能够将下滑力传给拉筋(主动滑动区)；二是将拉筋锚固在稳定土层中(稳定区)。为保证土颗粒和拉筋间有足够的摩阻力，另外还要保证拉筋不被拉断，拉筋材料要保证两点：1.表面粗糙，能使筋-土间产生足够的摩阻力(满足前面的要求)；2.同时还要有足够的强度(在筋-土间产生错动前不被拉断)和模量(保证拉筋的变形与土体的变形大致相同)。,三.摩擦加筋的适用,8.2加筋土工作原理,摩擦加筋原理,按照前面的摩擦加筋原理的分析
7、，发现拉筋的作用相当于通过筋带将结构锚固在稳定土体中。因此才要求拉筋材料要保证表面粗糙，同时还要保证足够的强度和模量。边坡土体的稳定区称为锚固区，拉筋在稳定区的长度可称为锚固段长度或有效长度。摩擦加筋原理忽略了筋带在力作用下的变形，同时也未考虑土是非连续性的、各向异性的材料。因此：摩擦加筋原理对于高模量的加筋材料(主要是金属类材料)比较适用；一般仅适用于砂土类加筋。对于变形较大的合成材料(比如塑料等)只是近似。,8.2加筋土工作原理,准粘聚力原理,从工程实际得知，填土中加入了拉筋后，可以明显地增加填土的抗剪能力。因此可以像前面所述，从微观上考虑土加筋后的受力特征，即筋-土是如何共同工作的。也可
8、以抛开其微观受力分析，直接从宏观上探讨加筋效果，即只考虑加筋后，复合的筋-土材料的抗剪强度增加了多少，而不考虑是如何增加的。从宏观上考虑效果的受力特征的原理，就是准粘聚力原理。其方法就是抛开筋-土材料的抗剪强度是如何增加的，只需要知道增加效果即可。即直接通过试验确定增加到多少，增加后的抗剪强度是多少。,一.加筋土宏观受力特征,8.1概述,准粘聚力原理,a.无筋及加筋土强度分析,b.无筋及加筋土强度曲线,下面图a和图b所示为无筋砂土与加筋砂土圆柱土样的三轴剪切对比试验结果。,二.加筋土的三轴对比试验,8.2加筋土工作原理,准粘聚力原理,如上图a所示，曲线为未加筋砂土未破坏时的应力状态；曲线为未加
9、筋砂土的极限破坏状态；同时发现，当保持3不变时，加筋砂土在同样的应力状态下却未破坏，而是继续增加，直到1增加到1f时，才达到极限破坏状态，即图a曲线所示。从图中发现，砂土在加筋前后的内摩擦角值没有变(即其强度曲线的斜率没有变)，但其强度增加了，变成了新的强度曲线。即其强度曲线就由 变成了。即未加筋砂土与加筋砂土的极限平衡状态相比较，加筋砂土多了一项由c引起的强度增加。加筋前后的强度曲线比较见前面图b。,8.2加筋土工作原理,准粘聚力原理,砂土在竖向压力下受到压密，土会发生侧向应变。如果在土中布置拉筋，由于拉筋对土体的摩擦阻力，当土体受到垂直应力作用时，在拉筋中将产生一个沿拉筋方向的轴向力，可以
10、起限制土体侧向变形的作用，相当于在土中增加了一个对侧压力的反力，使土的抗剪强度提高了。如前b图所示，加筋砂土与未加筋砂土相比，其强度曲线很相似，斜率相同，但是强度增加了，相当于增加了一个截距c。,三.加筋土准粘聚力原理及适用,8.2加筋土工作原理,准粘聚力原理,因此，可以说加筋砂土力学性能的改善是由于新的复合土增加了一个截距c，这个c类似于粘聚力，它是砂土没有的，纯粹是砂土加筋的结果。此“粘聚力”不是实际意义上的粘聚力，而是加筋土抗剪强度的增量，只是从宏观上看，类似于粘聚力的效果，因此称为“准粘聚力”或“似粘聚力”。把加筋后土的强度的增加，看成是增加了一个粘聚力的理论，就是“准粘聚力”原理。准
11、粘聚力原理不仅适用于砂土，还适用于粘性土。,8.3加筋材料,加筋材料种类,加筋材料根据材质情况，可分为四大类。1.天然植物 竹片、柳条等。一般适用于临时工程、抢险工程等。2.金属材料 扁钢带、带肋钢带、镀锌钢带、不锈钢钢带等。3.合成材料 聚丙烯、聚乙烯、聚酯、尼龙、玻璃纤维等。常做成条带、格栅、土工织物等。其形式可见下图。4.复合材料 钢筋混凝土带、钢-塑复合带等。,8.3加筋材料,加筋材料种类,a.单轴格栅；b.双轴格栅；c.网格；d.网箱,8.3加筋材料,加筋材料试验,加筋材料的试验主要有拉伸试验和直剪试验，拉拔试验等。另外，合成类材料还包括蠕变试验和老化试验。拉伸试验的目的是测定加筋材
12、料的抗拉强度和延伸率；直剪试验的目的是测定加筋材料与土之间、以及加筋材料之间的滑动阻力。抗拉强度外力作用下，加筋材料能承受的最大拉力。延伸率对应最大拉力时加筋材料的应变量。滑动阻力相应材料间的摩擦系数与法向应力间的乘积。,8.3加筋材料,加筋材料指标,加筋材料应该具有较高的强度，较高的模量(受力后变形小)，表面粗糙(能与填料产生足够的摩阻力)，抗腐蚀性好，加工、接长方便，与面板的连接简单可靠。加筋材料的设计取值，主要是两个指标，一是强度，二是变形。对合成类材料，还要考虑其老化问题。,8.4加筋边坡,加筋土边坡形式及设计,a.包裹式,b.阶梯式,c.有面板式,加筋土边坡的一般形式见下图，有包裹式
13、、阶梯式和有面板式等几种。是由加筋土形成的填方边坡。加筋土边坡的设计与普通锚杆边坡的设计相像，只是由拉筋代替了锚杆的作用。其设计内容也很像，包括了拉筋强度验算，拉筋锚固长度验算等内容。,加筋土边坡的施工,8.4加筋边坡,加筋土边坡的施工步骤可见右图。首先平整坡底和基础，接着铺放第一层加筋材料，然后在加筋材料上铺土，最后采用碾压机械碾压密实。碾压时近坡面处采用轻机械碾压，以保持坡面的平整；坡身可以采用一般压实机械碾压(见右图a)。继续重复上述步骤，由下至上逐层施工，直至坡顶(见右图b、c)。,a.路肩式；b.路堤式；c.阶梯式；d.复合式,加筋土挡墙,8.5加筋土挡墙,8.5加筋土挡墙,a.矩形
14、；b.正梯形；c.倒梯形；d.锯齿形,加筋土挡墙是采用加筋土作为重力式挡土墙，其用途如前图所示，有用于路肩式、路堤式、台阶式、复合式。加筋土挡墙的断面可见下图。,加筋土挡墙,加筋土挡墙的结构与设计计算,8.5加筋土挡墙,加筋土挡墙由基础、加筋材料、加筋体填料、面板、排水设施，以及栏杆等其他设施等构成。加筋土挡墙(以及加筋土边坡)的设计计算内容一般包括：1)内部稳定计算加筋材料抗拉强度计算和抗拔稳定性计算；2)外部稳定计算加筋体倾覆稳定、滑移稳定、整体稳定、基底应力和地基承载力验算等；3)构件强度和配筋计算包括面板强度计算、钢筋混凝土加筋带强度计算、地基强度计算等；4)其他计算如沉降变形计算等。,加筋土挡墙的施工,8.5加筋土挡墙,加筋土挡墙由多个构件构成，其施工工序包括：1)基槽开挖；2)地基处理及基础施工；3)面板预制；4)面板安装；5)铺设加筋材料；6)填料收集、铺设、压实；7)排水设施等其他构件施工。,
