加筋土結(jié)構(gòu)數(shù)值分析目前存在的三種模式

(1)復(fù)合材料法 W. Jill Harrison等[lOl]假定土與筋材組成橫觀各向同性復(fù)合材料，土與筋材為線彈性，給出了復(fù)合材料相關(guān)彈性常數(shù)；Tien - Chien Chen等采用橫觀各向同性概念提出了一種考慮非線性的更一般的復(fù)合材料方法；Karl M. Romstad等忽略各向異性材料的應(yīng)力耦合效應(yīng)，推導(dǎo)出加筋復(fù)合體的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系表達(dá)式，并用于有限元計(jì)算；Cryczmanski等把用于地基補(bǔ)強(qiáng)的單層織物與周圍一定厚度的砂土當(dāng)成一種復(fù)合材料，推導(dǎo)出該薄層復(fù)合材料的彈性矩陣；Mahmoud等把均質(zhì)材料的塑性理論與經(jīng)典層壓板理論結(jié)合起來分析土與土工織物所組成的復(fù)合材料性質(zhì)，假定為一個(gè)位移整體，推導(dǎo)出可進(jìn)行有限元計(jì)算的彈性矩陣；BrunoSudret等采用多相模型( Multiphase model)對(duì)加筋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析；周世良利用應(yīng)變相容概念和自洽方法構(gòu)建了加筋土的復(fù)合材料模型；肖成志在復(fù)合材料模型中考慮了筋材的蠕變性質(zhì)。 自從復(fù)合材料方法應(yīng)用于加筋土計(jì)算以來，國內(nèi)外許多學(xué)者提出基于不同觀點(diǎn)的材料模型，如彈性模型、彈性非線性模型、彈塑性模型以及考慮材料蠕變特性的流變模等。但存在以下閭題：①假定太多且部分假設(shè)與實(shí)際不符，限制了其實(shí)際應(yīng)用；②復(fù)合材料各向異性的強(qiáng)度準(zhǔn)則極其復(fù)雜，給程序計(jì)算判斷造成很大困難；③單元尺寸的選擇具有較大隨意性，沒有理論依據(jù)。 (2)筋一土分開模擬法 筋一土分開的方法符合人們的直觀感覺，各部分關(guān)系比較明確，是目前最為常用的方法。如Andrawes等將土工織物采用線性單元模擬對(duì)加筋土進(jìn)行計(jì)算；在接觸面上，Yu Huang等在計(jì)算土工格柵與金屬網(wǎng)加筋堤時(shí)，采用兩節(jié)點(diǎn)連接單元模擬筋土之間的接觸面；欒茂田、王家鼎等在土工格柵加筋擋墻與黃土路堤的計(jì)算中采用Goodman接觸面單元；De-saj采用DSC模型和薄層單元模擬筋土接觸面；張興東等也采用Desai提出的方法對(duì)動(dòng)荷載下的加筋土擋墻進(jìn)行計(jì)算。 目前國內(nèi)外接觸面本構(gòu)模型與計(jì)算模型有R．F．Goodman等用于模擬節(jié)理巖體的無厚度接觸面單元、接觸面雙曲線關(guān)系模型、接觸面彈塑性模型、接觸面的剛塑性模型、非線性薄層單元、剪切錯(cuò)動(dòng)帶單元、有厚度剪切滑移薄層單元等，采用這些方法對(duì)一些縣體工程問題進(jìn)行了研究，取得了一些有益的結(jié)論。但接觸面單元?jiǎng)澐值墓ぷ髁窟^大，掩蓋了土單元模型對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，接觸面單元的計(jì)算效果和參數(shù)成為控制加筋土結(jié)構(gòu)計(jì)算準(zhǔn)確程度的主要因素，這與實(shí)際不符。 (3)等效附加應(yīng)力法 1998年介玉新、李廣信提出等效附加應(yīng)力法，即把加筋土中筋材的作用等效成附加應(yīng)力，并沿著筋材的方向作用在土骨架上，然后對(duì)加筋土體進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算中僅出現(xiàn)土體單元，筋材的作用被當(dāng)作外力作用于土體單元上，使分析計(jì)算大大簡化。2007年兩人又提出了其改進(jìn)方法，通過增加附加矩陣達(dá)到直接求解的目的。該方法已被國內(nèi)一些研究者作為加筋土計(jì)算的第三種方法，但其應(yīng)用推廣還尚待時(shí)日。 考慮到土體力學(xué)性質(zhì)復(fù)雜多變，而加筋材料品種繁多、性能各異，筋土界面相互作用機(jī)理尚在研究之中等因素，筆者認(rèn)為：單純靠分析手段來準(zhǔn)確估計(jì)土與筋材受力是相當(dāng)困難的，在設(shè)計(jì)中，應(yīng)以巖土力學(xué)原理為基礎(chǔ)，利用原型觀測和試驗(yàn)，參考工程實(shí)踐得到的經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)方法，結(jié)合加筋工程的具體條件建立實(shí)用分析方法以解決實(shí)際工程問題。