无粘结预应力加筋土工作机理及数值模拟方法研究

The new technology of unbonded prestressed reinforced earth is very effective for strengthening mechanical property of the fill. The technology is to apply prestress on the reinforcement and further constrain the fill through retaining slab to lower the settlement and increase the fill stability. The interaction of retaining slab, fill and reinforcement forms a complex system. During loading,in this system, prestress on the reinforcement and physical parameters of the fill will change, which can affect the fill performance. Studying the bearing mechanism of the new technology has important engineering significance and theoretical value. Indoor tests of large-scale model are used to study the mechanism of prestress loss. Based on the research above, the effects such as retaining slab, fill,vertical pressure etc. on reinforcement prestress are studied, the failure mechanisms of the whole system are revealed and related calculation models are proposed. Studying on numerical simulation of unbonded prestressed reinforced earth is mainly to slove the problems of prestress simulation, reinforcement-earth interaction simulation, global stability calculation and programe designing.In addition, the reinforcement layouts are optimized, design theory and methods of unbonded prestressed reinforced earth are proposed.

无粘结预应力加筋土技术是一种加固填方工程的新技术。该技术通过对新型加筋材料施加预拉力使侧向挡板主动约束填方以达到减少填方的沉降及增加填方稳定性的效果。无粘结预应力加筋土中挡板、加筋材料及填料相互作用形成了一个复杂系统，该系统在受力过程中会使加筋材料上的预拉力及填料的物理参数发生改变，这种变化会影响填方的工作性能。深入研究该技术的工作机理具有重要的工程意义和理论价值。本项目拟采用室内大比例试件试验研究预应力损失的机理。在此基础上研究挡板、填料及埋深等因素对加筋材料上预拉力控制的影响规律，并揭示挡板、锚具及加筋材料失效机理，提出相应的计算模型。开展无粘结预应力加筋土数值仿真研究，重点解决预应力模拟的算法、筋-土相互作用的模拟方法、整体稳定的计算方法，编制相应的计算程序。进而对无粘结预应力加筋土的布筋方式、加筋材料预拉力控制进行优化，提出无粘结预应力加筋土的设计理论及设计方法。

本项目针对无粘结预应力加筋土这一新型加筋土技术进行了深入研究。课题组应用了一些崭新的方法揭示了这一技术的工作机理。课题组采用竖向压缩的试验研究了筋土相互作用。提出了增大密度的方法建立缩尺模型试验取得了较好的效果。提出了以有限元为基础的极限平衡法较好的解决了边坡稳定的计算方法；并提出了基于有限元法-无网格法的混合法计算加筋土，有效的提高了计算效率和计算精度。本项目采用增大密度法的缩尺模型试验和数值仿真研究了无粘结预应力加筋土挡墙的静力力学性能。建立了十五种试验工况。依次研究了单根预应力筋作用、多根等长预应力筋作用、单根不等长预应力筋作用、渐进布预应力的作用、侧压板尺寸等因素。得到如下研究成果：.（1）提出了增大填料密度的缩尺模型试验方法，并推导了模型试验的相似比。根据相似比要求配置了满足试验要求的高密度填料。.（2）预应力筋影响预应力加筋土挡墙的墙面位移分布，影响范围为预应力筋相应位置的墙面及相邻层的墙面位移，墙面的最大位移随预应力筋长度增加而降低；预应力筋施加预拉力后，该层和其相邻层墙位移明显降低。.（3）多工况试验表明预应力筋的预拉力会在施加预拉力后短时间内稳定，预应力筋越靠近模型顶部其预拉力损失越大。预应力筋对相邻下层的预应力筋的预拉力影响较大，渐变布筋工况中90%的预拉力损失是由其相邻上层预应力筋造成的。预应力筋的渐变坡脚越大预拉力损失越小。等长预应力筋的预拉力损失不超过10%。.（4）预应力筋范围内填料水平土压力表现为两端大、中间小的现象，预应力筋越长，其预拉力影响范围越大；预应力筋的预拉力对其上填料产生的作用大于对其下填料产生的作用。.（5）预应力可以显著增加加筋体刚度，减少加筋体顶部的沉降，预应力筋距离顶部越近，沉降减少的越多。上部堆载作用下无粘结预应力加筋体的顶部沉降小于玻纤格珊加筋体的顶部沉降，但预应力筋的预拉力会导致加筋体后的填料存在沉降。