膨脹土塹坡格柵加筋柔性支護(hù)的數(shù)值模擬

肖　杰，楊和平

(長沙理工大學(xué)　交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南　長沙　410004)

膨脹土塹坡格柵加筋柔性支護(hù)的數(shù)值模擬

肖杰，楊和平

(長沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南長沙410004)

摘要：考慮降雨、蒸發(fā)等大氣長期風(fēng)化作用導(dǎo)致膨脹土抗剪強(qiáng)度的衰減，結(jié)合室內(nèi)實(shí)測膨脹土非線性強(qiáng)度線確定抗剪強(qiáng)度參數(shù)，通過數(shù)值模擬，研究不同筋土界面強(qiáng)度參數(shù)、加筋層間距及坡面反包與否等因素對加筋膨脹土塹坡的影響。結(jié)果表明：土工格柵可有效約束邊坡水平位移，一定程度上減小土體的吸濕膨脹軟化效應(yīng)，使可能的滑面向坡體深部轉(zhuǎn)移；筋土界面強(qiáng)度參數(shù)對格柵的最大軸力影響很小，但安全系數(shù)會隨其增大而增大；不同加筋間距條件下，各層格柵的最大軸力沿高度的變化規(guī)律基本相同，先增加后減小，且間距越小，其最大值越?。患咏铋g距對膨脹土邊坡穩(wěn)定性影響較大，間距越小，穩(wěn)定性越好；坡面反包格柵能間接提高邊坡的安全系數(shù)，及其耐沖刷性和坡體的整體性。

關(guān)鍵詞：道路工程；膨脹土邊坡；數(shù)值模擬；柔性支護(hù)；穩(wěn)定性

0引言

因富含蒙脫石、伊利石或蒙脫石-伊利石混成等強(qiáng)親水性礦物，膨脹土具有典型的“三性”特征，即脹縮性、裂隙性和超固結(jié)性，其工程特性受氣候變化，即干濕循環(huán)作用的影響很大，導(dǎo)致修建于地表的各類輕型工程結(jié)構(gòu)物時(shí)常發(fā)生多種破壞(病害)，其中膨脹土邊坡破壞地質(zhì)災(zāi)害是最嚴(yán)重的一種類型[1-5]。20世紀(jì)90年代初期，南昆鐵路通車運(yùn)營后的前幾年，百色盆地區(qū)段路塹邊坡的嚴(yán)重破壞造成每年需花費(fèi)上千萬的整治費(fèi)用，堪稱我國膨脹土邊坡在施工和營運(yùn)期間最典型的破壞實(shí)例[4]，而2002年開始修建的南(寧)友(誼關(guān))高速公路施工期間寧明盆地十多公里膨脹土路段連續(xù)出現(xiàn)的“逢塹必滑”且多次坍滑[5]、2008年百(色)隆(林)高速公路施工中百色盆地膨脹土分布區(qū)域中心的四塘互通立交10多處匝道邊坡，以及目前仍在建的南寧外環(huán)公路穿越南寧盆地膨脹土路段的多處邊坡，均因施工期間處治不及時(shí)和支護(hù)技術(shù)方案不當(dāng)發(fā)生了淺層坍滑破壞。

2004年長沙理工大學(xué)膨脹土課題組首創(chuàng)并實(shí)施土工格柵加筋柔性支護(hù)技術(shù)，成功治理南友路寧明膨脹土坍滑邊坡之前，國內(nèi)外工程界一直還沒有找到一種既經(jīng)濟(jì)合理又行之有效的解決辦法。最初采用土工格柵加筋柔性支護(hù)(直接用開挖膨脹土作加筋體填料)的寧明膨脹土14處坍滑塹坡經(jīng)受了10年多考驗(yàn)，其處治效果至今仍令人十分滿意。近年來，徐晗[6]、蔡劍韜[7]、丁金州[8]等開展土工格柵加筋膨脹土渠坡的數(shù)值模擬，獲得了一些有意義的成果；筆者[9]也進(jìn)行了膨脹土邊坡加筋作用的對比模型試驗(yàn)，同樣得到了有價(jià)值的結(jié)論，但土工格柵加筋穩(wěn)定膨脹土塹坡真正的工作機(jī)理還不是十分清楚。

因此，本文采用FLAC2D有限差分軟件，考慮降雨、蒸發(fā)等大氣長期風(fēng)化作用導(dǎo)致膨脹土抗剪強(qiáng)度的衰減，結(jié)合室內(nèi)實(shí)測膨脹土非線性強(qiáng)度線確定抗剪強(qiáng)度參數(shù)，通過數(shù)值模擬分析研究降雨條件下風(fēng)化層土體吸濕膨脹引起柔性支護(hù)膨脹土邊坡土體及土工格柵的應(yīng)力應(yīng)變變化關(guān)系及其相互作用規(guī)律，探討筋土界面不同強(qiáng)度參數(shù)、加筋層間距、坡面反包與否等因素的影響，進(jìn)一步探究土工格柵加筋柔性支護(hù)處治膨脹土邊坡的作用機(jī)理，弄清土工格柵對膨脹土邊坡淺層坍滑破壞的抑制作用。

1數(shù)值計(jì)算模型

圖1為土工格柵加筋柔性支護(hù)膨脹土塹坡的施工設(shè)計(jì)示意圖。

圖1　土工格柵加筋膨脹土邊坡示意圖Fig.1　Schematic diagram of geogrid reinforced expansive soil slope

根據(jù)實(shí)際施工圖，進(jìn)行適當(dāng)簡化建立數(shù)值模型，見圖2，計(jì)算邊坡模型高6.0 m，坡率1∶1.5，網(wǎng)格劃分，共1 014個(gè)網(wǎng)格單元。加筋體的水平寬 3.5 m，與土體風(fēng)化層深度(沿坡面豎直方向2.32 m)相同，根據(jù)風(fēng)化程度的不同將土體分為4層，分別為0.5，0.5，0.66 m和0.66 m。左右邊界為滾動(dòng)約束，底部為固定約束。

圖2　數(shù)值模型圖Fig.2　Numerical model

2計(jì)算模型參數(shù)的選取

在自然氣候條件作用下，隨時(shí)間的推移，加筋膨脹土邊坡土體含水率會因降雨、蒸發(fā)等干濕循環(huán)作用而發(fā)生變化，并伴隨大量裂隙的產(chǎn)生，導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度的不斷衰減。膨脹土的飽和慢抗剪強(qiáng)度隨法向應(yīng)力的增加呈廣義冪函數(shù)關(guān)系[10-11]，見式(1):

(1)

式中，Pa為大氣壓力；A,n,T為無量綱強(qiáng)度參數(shù)；SNL(σ|A,n,T)為非線性強(qiáng)度函數(shù)。

通過式(1)可求得任意法相應(yīng)力下的切角即有效摩擦角，如式(2)所示：

(2)

(3)

在極限平衡條分法分析邊坡穩(wěn)定性時(shí)，因先假定滑動(dòng)面，這樣很容易算得土條底面的法向應(yīng)力，從而可直接采用該非線性強(qiáng)度函數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，但采用FLAC2D有限差分或有限元分析時(shí)，由于滑面無法事先確定而不能獲得滑面的法向應(yīng)力，因此無法直接應(yīng)用。實(shí)際工程中，加筋土體采用重塑膨脹土回填，考慮到加筋土工格柵不僅會削弱干濕循環(huán)的作用，而且一定程度上還限制了土體的膨脹與收縮，使得土體應(yīng)力與未加筋的相比會適當(dāng)提高。本文僅考慮連續(xù)降大暴雨且雨強(qiáng)大于最外層土體的飽和滲透系數(shù)情況，忽略加筋土工格柵在一定程度上可減小降雨對加筋土體濕度變化的影響，考慮膨脹土邊坡風(fēng)化層內(nèi)土體充分吸濕膨脹軟化這一最不利狀態(tài)。

實(shí)測重塑南寧膨脹土有荷干濕循環(huán)6次作用下，非線性飽和慢剪強(qiáng)度曲線參數(shù)A，T和n分別為0.469 1，0.035 2和0.835 2[10]。采用其所對應(yīng)法向應(yīng)力5，10，20 kPa和50 kPa確定的黏聚力和摩擦角，分別為3.1 kPa、30.5°，3.4 kPa、28.6°，4.1 kPa、26.5°和6.2 kPa、23.5°，近似代替3.5 m加筋體內(nèi)4層(1～4號)土體的非線性慢剪強(qiáng)度參數(shù)。一般地，可認(rèn)為3.5 m厚加筋體后部的原狀土受外界干濕循環(huán)作用的影響很小，計(jì)算時(shí)，5號土體采用未風(fēng)化原狀土有荷0次得到的飽和慢剪常規(guī)抗剪強(qiáng)度參數(shù)，黏聚力和摩擦角為30.4 kPa和28.5°[10]。膨脹土體采用理想Mohr-Columb彈塑性本構(gòu)模型來模擬，且未考慮不同深度土體彈性參數(shù)會隨干濕循環(huán)作用不同而變化，均取用飽和土體的彈性參數(shù)值。

假設(shè)模型初始狀態(tài)的干密度、飽和度和空隙率均相同，分別為1 700 kg/m3，54%和0.40。最上兩層(1號和2號)、中間兩層(3號和4號)和最里層(5號)土體的飽和滲透系數(shù)分別為2.3×10-6，2.3×10-7m/s和2.3×10-8m/s。實(shí)際應(yīng)用時(shí)需注意將達(dá)西定律的滲透系數(shù)換算成FLAC2D中對應(yīng)的“流動(dòng)系數(shù)”，單位為m2/(Pa·s)，后者與前者之比約為1.02×10-4，即分別為2.346×10-10，2.346×10-11m2/(Pa·s) 和2.346×10-12m2/(Pa·s)。

模型計(jì)算采用的膨脹土基本特性參數(shù)見表1。

表1　膨脹土的基本特性參數(shù)

土工格柵單元采用FLAC2D中的Cable單元進(jìn)行模擬，分別進(jìn)行4組筋土界面參數(shù)和4組加筋間距的數(shù)值模擬計(jì)算，分析這些因素的影響規(guī)律。土工格柵及筋土界面參數(shù)詳見表2。

繆協(xié)興[12]提出了濕度應(yīng)力場理論，認(rèn)為可用熱傳導(dǎo)形成的溫度應(yīng)力場近似代替水滲透導(dǎo)致的濕度應(yīng)力場。因此，可根據(jù)溫度場與濕度場的相似性，由室內(nèi)無荷膨脹量試驗(yàn)結(jié)果，再通過數(shù)值模擬的方法來獲得熱膨脹系數(shù)。采用加筋土體的熱膨脹系數(shù)為2.34×10-5m/K，設(shè)初始含水率時(shí)的溫度為0 ℃，吸水完全膨脹后的溫度為200 ℃[13]。5號土體的含水率受外界降雨影響很小，可將其設(shè)為0 ℃，最表層設(shè)為200 ℃，計(jì)算得到坡體濕度場的等效溫度場變化見圖3。加筋體應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算時(shí)，先設(shè)置cable單元，再施加溫度場。

表2　土工格柵及筋土界面參數(shù)

圖3　坡體濕度場的等效溫度場變化Fig.3　Equivalent temperature field change of slope humidity field

3數(shù)值模擬結(jié)果及分析

3.1加筋效果對比分析

從表6可見，綜合得分排在前4位的樣方依次是11、12、6和8號樣方。因?yàn)榈谝恢鞒煞执矶喽?，多度的方差貢獻(xiàn)率最大，因此11號、12號樣方以紫穗槐為優(yōu)勢種的植被多度最多，生態(tài)重建性最好。而10、5、2號樣方分別以沙棘和白檸條為優(yōu)勢種的植被多度最低，生態(tài)重建性最差。

首先，開展加筋與未加筋膨脹土邊坡的數(shù)值模擬分析，探討加筋的作用效果。其中，加筋邊坡坡面未反包，格柵加筋間距0.5 m，長3.5 m，界面似黏聚力和摩擦角分別為10 kPa和10 ℃。

圖4和圖5分別為計(jì)算得到的未加筋邊坡的水平位移和強(qiáng)度折減后的最大剪應(yīng)變增量與安全系數(shù)示意圖。由圖可知，未加筋邊坡的最大水平位移達(dá)到1.25 m，安全系數(shù)為0.86，滑面深度約為1.5 m，表明未加筋邊坡在干濕循環(huán)作用下，隨膨脹土體的抗剪強(qiáng)度不斷下降，遇持續(xù)降雨后發(fā)生了淺層坍滑破壞。

圖4　未加筋邊坡的水平位移Fig.4　Horizontal displacement of unreinforced slope

圖5　未加筋邊坡的最大剪應(yīng)變增量及安全系數(shù)Fig.5　Maximum shear strain increment and safety factor of unreinforced slope

圖6～圖8分別為加筋邊坡的格柵軸力、坡面水平位移和最大剪應(yīng)變增量及安全系數(shù)示意圖。由圖可以發(fā)現(xiàn)，水平格柵的最大軸力隨高度的增加，先增加后減小，其中第6層的最大軸力為2.545 kN；水平格柵最大軸力的出現(xiàn)位置與未加筋邊坡的滑動(dòng)面位置基本一致，約位于格柵2/3處(至坡面距離)；加筋邊坡坡面的最大水平位移僅1.80 cm，距坡腳高1.5 m，與未加筋邊坡相比，顯著減小；加筋邊坡的安全系數(shù)為1.17，而最危險(xiǎn)滑動(dòng)面位置由素膨脹土邊坡的淺層移動(dòng)到了格柵后部。因此，土工格柵與加筋土體間的相互作用，有效地約束了邊坡的水平位移，一定程度上減小了土體的吸濕膨脹軟化效應(yīng)，間接提高了其強(qiáng)度，使得最危險(xiǎn)滑動(dòng)面向坡體深部轉(zhuǎn)移。

圖6　加筋邊坡格柵的軸力分布Fig.6　Axial force distribution of geogrid on reinforced slope

圖7　加筋邊坡坡面的水平位移Fig.7　Horizontal displacement of reinforced slope surface

圖8　加筋邊坡的最大剪應(yīng)變增量及安全系數(shù)Fig.8　Maximum shear strain increment and safety factor of reinforced slope

3.2不同界面參數(shù)的影響

圖9為不同界面參數(shù)加筋邊坡格柵的軸力分布，其中似黏聚力和似摩擦角為10 kPa和10 ℃的見圖6。圖10為不同界面參數(shù)加筋邊坡坡面水平位移。

圖9　不同界面參數(shù)加筋邊坡格柵的軸力分布Fig.9　Axial force distribution of geogrids on reinforced slopes with various interface parameters

為便于對比，繪制了每層格柵的最大軸力隨高度的變化見圖11。由圖易知，界面強(qiáng)度參數(shù)由小到大變化時(shí)，格柵最大軸力(界面參數(shù)從小到大)分別為2.768，2.545，2.545 kN和2.499 kN，出現(xiàn)在第4層(高0.5 m)、第6層(高1.5 m)、第6層(高1.5 m)和第7層(高2.0 m)，最大與最小值之差僅為0.269 kN，且格柵最大軸力沿高度的變化曲線基本重合(最小的除外)；坡面最大水平位移分別為2.19，1.80，1.80 cm和1.75 cm，位置均位于高度約1.5 m處，且坡面水平位移隨高度的變化曲線也基本重合(最小的除外)；安全系數(shù)分別為1.08，1.17，1.24和1.31，但最危險(xiǎn)滑動(dòng)面位置相同，且有效剪應(yīng)力分布大體相同，最大值均出現(xiàn)在坡腳處，約為20 kPa。由此可知，格柵的最大軸力受筋土界面參數(shù)的影響很小，當(dāng)界面強(qiáng)度參數(shù)大于某值后，其大小的改變對加筋格柵的應(yīng)力、加筋體內(nèi)土體的應(yīng)力場以及邊坡位移的影響均很微小，但安全系數(shù)會隨界面強(qiáng)度的增大而不斷增大。值得注意的是，即便筋土界面參數(shù)的似黏聚力和似摩擦角分別為5 kPa 和5 °時(shí)，大暴雨3天且不考慮格柵對滲透性及土體強(qiáng)度的增強(qiáng)作用情況下，安全系數(shù)也有1.08，仍大于1.0，未處于極限平衡狀態(tài)，表明格柵的存在能顯著提高邊坡的穩(wěn)定性。

圖10　不同界面參數(shù)加筋邊坡坡面水平位移Fig.10　Horizontal displacement of surface of reinforced slopes with various interface parameters

圖11　不同界面參數(shù)格柵最大軸力隨高度的變化Fig.11　Maximum axial force of geogrid with various interface parameters varying with height

3.3不同加筋間距的影響

圖12　不同加筋間距邊坡格柵的軸力分布Fig.12　Axial force distribution of geogrids with various reinforcement spacings

圖13　不同加筋間距加筋邊坡坡面水平位移Fig.13　Horizontal displacement of surface of reinforced slope with various reinforcement spacings

分析圖易知，不同加筋間距條件下，各層格柵的最大軸力沿高度的變化規(guī)律基本相同，先增加后減小，且加筋間距越小，其最大值越小，如加筋間距為0.25，0.5，0.75 m和1.0 m的4種邊坡格柵最大軸力分別為1.499，2.545，3.235 kN和5.3 kN；坡面水平位移隨高度的增加均呈先增大后減小的規(guī)律變化，且加筋間距越大，其值越大，當(dāng)加筋間距由0.25 m變至0.75 m時(shí)，兩兩間位移變化差值較一致，但由0.75 m增加為1.0 m時(shí)，位移差值變化很大，由不同加筋間距(由小到大)的最大值分別為1.17，1.80，2.43 cm和4.75 cm也可輕易看出；安全系數(shù)隨加筋間距的增加而減小，分別為1.33，1.17，1.11和1.06，最危險(xiǎn)滑動(dòng)面位置基本一致。因此，加筋間距對膨脹土邊坡穩(wěn)定性的影響較大，間距越小，邊坡的穩(wěn)定性越好。究其原因可能是一方面加筋間距越小，邊坡被分割的層位越多，加筋土體的厚度越小，土體吸濕膨脹軟化的作用越小;另一方面隨土工格柵數(shù)量的增加，其受力越小，整體性越好，限制邊坡水平變形的能力增強(qiáng)。但對實(shí)際工程而言，并非是加筋間距越小越好，還需結(jié)合實(shí)際工程特性、施工的可操作性和經(jīng)濟(jì)性等因素綜合確定加筋間距。

圖14　不同加筋間距格柵最大軸力隨高度的變化Fig.14　Maximum axial force of geogrid with various reinforcement spacings varying with height

3.4有無反包格柵的影響

因加筋膨脹土邊坡施工中將土工格柵進(jìn)行逐層反包，每層預(yù)留一定長度格柵再通過連接棒與上層格柵進(jìn)行連接，并用“U”形釘在尾部將格柵固定，使加筋體形成一個(gè)整體發(fā)揮作用，但反包格柵的力學(xué)響應(yīng)如何，也需要研究。因此，開展筋土界面強(qiáng)度參數(shù)似黏聚力和似摩擦角分別為10 kPa和10°，加筋間距0.5 m，坡面反包格柵加筋邊坡數(shù)值模擬，并與未反包情況進(jìn)行了對比分析，研究其作用效果。

圖15給出了反包邊坡的水平加筋格柵軸力分布。圖16為反包與未反包加筋邊坡坡面的水平位移。分析以上兩圖，并與未反包邊坡結(jié)果(見圖12(b))進(jìn)行對比，可知水平格柵的最大軸力隨高度的變化規(guī)律基本一致，最大值也出現(xiàn)在第6層，為2.519 kN，略小于未反包的2.545 kN；反包格柵的最大軸力為0.514 kN，出現(xiàn)在坡腳處，使得近坡面的水平格柵軸力變大，但最大軸力略有減?。蛔畲笏轿灰频奈恢孟嗤?，但值稍有變小(1.75 cm)，安全系數(shù)也相同均為1.17。因此，與未反包加筋相比，反包土工格柵使坡面附近水平格柵軸力略有增加，邊坡的水平位移稍有減小。究其原因應(yīng)該是，水平格柵加筋后，邊坡最危險(xiǎn)滑動(dòng)面已由淺層推移至加筋體后部，此時(shí)可將加筋體視為一個(gè)整體，反包格柵改變了加筋體內(nèi)水平格柵及土體應(yīng)力狀態(tài)，使加筋體的整體性更強(qiáng)，“框箍”作用更好，保證了加筋體的穩(wěn)定。此時(shí)，對邊坡穩(wěn)定性起決定作用的已變?yōu)榧咏铙w后土體的強(qiáng)度。另一方面，反包格柵具有有效的防護(hù)作用，可有效降低降雨和蒸發(fā)等干濕循環(huán)作用對加筋土體的影響。且當(dāng)表層土體吸濕膨脹時(shí)，限制邊坡水平膨脹能力較未反包要稍強(qiáng)，可進(jìn)一步減小深部土體受外界干濕循環(huán)的影響，使加筋體深部土體強(qiáng)度不會下降或下降程度有限，從而間接提高了邊坡的穩(wěn)定性，確保其穩(wěn)定，這與文獻(xiàn)[9]中室外大型模型試驗(yàn)結(jié)果相一致。

圖15　反包加筋邊坡坡面的軸力分布Fig.15　Axial force distribution on surface of enveloped reinforced slope

圖16　反包與未反包加筋邊坡坡面的水平位移Fig.16　Horizontal displacement of surfaces of enveloped and unenveloped slopes

4柔性支護(hù)作用原理探討

針對在干濕循環(huán)作用下，膨脹土邊坡常發(fā)生淺層坍滑這一特性，采用土工格柵加筋柔性支護(hù)技術(shù)進(jìn)行處治，取得了良好的效果。加筋土工格柵一方面將邊坡坡體進(jìn)行了有效分割，加筋后邊坡土體的裂隙發(fā)展深度受到限制，每層的裂隙最深也僅為加筋體間距的距離，如加筋間距為0.5 m時(shí)，加筋坡體裂隙的連續(xù)開展深度均不會大于0.5 m，這是由于土工格柵的存在阻礙了裂隙的進(jìn)一步擴(kuò)展。因此在干濕循環(huán)作用下，加筋邊坡土體的裂隙不會像自然邊坡或素膨脹土邊坡那樣開展，能達(dá)到弱風(fēng)化與未風(fēng)化層界面處；另一方面土工格柵還起著“保濕防滲”作用，可以減少環(huán)境干濕循環(huán)作用對邊坡土體的影響，保持土體含水量的穩(wěn)定，從而保證土體具有相對較高的強(qiáng)度，同時(shí)還可以減輕干縮裂縫的產(chǎn)生。另外，由于土工格柵在加筋體中發(fā)揮良好的“框箍”作用，一定程度上限制了土體的膨脹、防止其崩解，使得加筋體成為一個(gè)整體，形成一個(gè)很厚的支護(hù)體，且因加筋坡體的坡率一般較緩，可保證支護(hù)體自身不會發(fā)生破壞。支護(hù)體具有一定的重量，相當(dāng)于給處治邊坡土體施加了一定的附加壓力，可有效地限制加筋體后坡土體的吸濕膨脹，保持其強(qiáng)度不會發(fā)生大的衰減，從而保證了處治膨脹土邊坡的穩(wěn)定。因此，土工格柵加筋柔性支護(hù)能有效地解決膨脹土邊坡的淺層破壞。

5結(jié)論

(1)土工格柵與加筋土體間的相互作用，有效地約束了邊坡的水平位移，一定程度上減小了土體的吸濕膨脹軟化效應(yīng)，使得可能滑動(dòng)面向坡體深部轉(zhuǎn)移。

(2)格柵最大軸力受筋土界面參數(shù)的影響很小，當(dāng)界面強(qiáng)度參數(shù)大于某值后，其大小的改變對加筋格柵的應(yīng)力、加筋體內(nèi)土體的應(yīng)力場以及邊坡位移的影響均很微小，但安全系數(shù)會隨界面強(qiáng)度的增大而不斷增大；即便筋土界面參數(shù)較小，邊坡中只要加入格柵，就能顯著提高其穩(wěn)定性。

(3)不同加筋間距條件下，各層格柵的最大軸力沿高度的變化規(guī)律基本相同，先增加后減小，且加筋間距越小，其最大值越??；加筋間距對膨脹土邊坡穩(wěn)定性有較大影響，間距越小，邊坡的穩(wěn)定性越好。

(4)反包土工格柵使坡面附近水平格柵軸力略有增加，邊坡的水平位移稍有減小，可間接提高邊坡的安全系數(shù)，以及坡面的耐沖刷和邊坡的整體性。

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Numerical Stimulation of Geogrid Reinforced Flexible Support for Treating Expansive Soil Cut Slope

XIAO Jie, YANG He-ping

(School of Traffic and Transportation Engineering, Changsha University of Science & Technology,Changsha Hunan, 410004, China)

Abstract：The influence of different reinforcement-soil interface strength parameters, different reinforcement spacings, enveloped slope or not with geogrid on reinforced expansive soil cut slope is researched by numerical stimulation considering the attenuation of shear strength of expansive soil due to rainfall, evaporation and other atmospheric long-term weathering in combination with the shear strength parameters determined by laboratory measured expansive soil nonlinear strength envelope. The result shows that (1) the geogrid can effectively restrain the slope horizontal displacement, decrease soil expansion softening effect to a certain extent, so that the sliding surface of slope transfer to deep; (2) the influence of the variation in reinforcement-soil interface strength parameters on the maximum axial force of the geogrid is very small, but the safety factor increases with its increase; (3) the changes of the maximum axial force along the height for different geogrid reinforcement spacing are basically the same, which increases first and then decreases, and the smaller the reinforcement spacing, the smaller the maximum value; (4) the stability of expansive soil slope is greatly influenced by the reinforcement spacing, the smaller the spacing, the better the slope stability; (5) the enveloped geogrid can indirectly improve the safety factor, the resistance to erosion, and the integrity of the slope.

Key words：road engineering; expansive soil slope; numerical stimulation; flexible supporting; stability

收稿日期：2015-02-09

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50978035; 51478054)；湖南省教育廳科研項(xiàng)目(15C0043)；廣西交通科技項(xiàng)目(2011-20)

作者簡介：肖杰(1981-)，男，湖南新邵人，博士.(xiaojie324@sina.com)

doi:10.3969/j.issn.1002-0268.2016.06.001

中圖分類號：U 416.1+67

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1002-0268(2016)06-0001-08