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2.3 基于有限元分析提出的设计 采用有限元法对加筋土路堤的稳定性分析是研究人员罗伊等人早前尝试（2009年）。根据实验室的实验中，玛达维Latha （2000）提出了土工格室包裹砂等效复合模式。后来Rajagopal 等人（2001）验 证使用的土工格室支持模型试验等效复合模型路堤上的软粘土层构成。在此模型中，在土壤中的内聚力与通过土工格室对土壤围压的增加值 在上一节中E q （5）给出。土工格室包封土壤的等效刚度涉及未增强土壤的刚度，土工格室的材料和相互作用的割线模量，其表示在多个格室格子间的相互作用。基于土工格室包封砂三轴加压试验，玛达维Latha （2000）和Rajagopal 等（2001）提出了以下非线性经验公式来表达土工格室加固砂（例如）的杨氏模量，所述土工格室的材料的割线模量和无筋砂（K u ）的杨氏模量的参数。 其中P a =大气压， M =土工格室材料割线模量，千牛/米； σ3=围压。 在上述公式中模数的参数对应于双曲线参数，邓肯和昌（1970）提出的模型。对于E q （6）给出的任何土工格室的等效模数平均值，可以通过简单的替换来获得模量（M ）。 M 值应相应于土工格室的拉伸载荷 - 应变曲线中2.5％平均应变的值。该中心所述土工格室垫的周向应变为2.5％，典型检测点通常为约30％至35％的基脚宽度处（玛达维Latha 等人的早期研究的量级 2008年），此应变被认为是在土工格室的平均周向应变，而土壤的围压会因土工格室包裹而增加。 要设计一个土工格室路堤，路基应模拟一个有限的元。土工格室垫层尺寸的确定，可以使用在前面的章节中讨论的复合模型模拟具有同等的强度和刚度。路堤的压力效应会给路基的承载能力和下面路基 的相应沉降、毗邻路基地面的隆起、斜坡的横向变形。通过对比确定：可以改变土工格室垫层的尺寸和强度达到设计的要求，以获得所需的允许荷载范围内的变形能力。有限元设计方法的优点在于可以得到路堤所承受的应力和变形的完整曲线，这在所描述的其它两种设计方法是不可能的。 要验证土工格室软粘土地基设计的有效性，实验室通过Krishnaswamy 等（2000）所建立的实物模型，使用有限元分析的模拟和结果进行了比较。该软地基土路基和土壤的特性有限元分析显示在，在GEOFEM 项目（Karpurapu 和1993年巴瑟斯特）采用有限元程序，不同的土工格室坡面的横向变形比较的纵横比显示于图4，宽高比被定义为土工格室高度（h ）与格室的等效直径（D ）的比例。土工格室包裹是三角形的，等效直径由等同于三角形面积相当的圆获得。在这些模型试验中，格室的直径保持恒定为225毫米和土工格室垫层的高度是变化的，以获得格室的不同高宽比。横向变形恒定，因为该模型试验在试验钢槽进行，因此堤脚点是受硬质基体包裹体的影响，而堤是可以横向方向自由移动。这些结果证实该复合有限元模型能够获到土工格室很好的加固堤防的变化，可放心用于设计中。 3. 设计实例 在超过6米厚的软粘性土上，设计建造一个高6米、无需排水的、抗剪强度15千牛/平方米的路堤。堤的横截面示于图5. 中，要求抗剪强度20千牛/平方米，设计出适合这种要求的土工格室。 图5 设计实例中的路基横断面 3.1基于滑移线方法的设计 路堤基底宽=66米 土工格室宽度= 66米 - 4米（两侧偏移2米）=62米 土工格室宽度/软土层的深度=62/6=10.33 根据应力曲线图，P /Cu = 12（从詹纳1988年和布什1990讲解中的图表中获取） 跨刚性端的平均压力P'=12Cu +1Cu =13Cu 因此，根据路基承载能力绘出的对称的半边路堤断如图 图6 承载力图设计实例 允许压力20千牛/平方米对称路堤的计算如下： 土工格室垫层上的路基的重量负荷（坝顶宽18米，基部宽28米，高4米）=（18 +28）/2×4×19 =1748千牛/米； 土工格室插入路基部分的重量负荷（基宽33m 和高度2 M ）=33×2×19 =1254千牛/米； 允许负载峰值（长18米）= 18×20=360千牛/米。 半边路堤荷载（包括附加）=总负荷=1748+1254+360=3362千牛/米； 从压力图得到承载能力，千牛/米：6×5.71C u +（5.71+12）/2×C U × 5.71+7.5×13C U =304.43CU 为平衡所需要Cu=3362/304.43=11.04千牛/平方米

取样深度／(m) 天然含水率 曝晒2天后 含水率W 0.0 7％ 1％ 0.2 10％ 3％ 0.4 18％ 8％ 0.6 21％ 2l％ 0.8 25％ 27％ 1.0 27％ 28％ 1.2 29％ 27％ 1.4 30％ 25％? 1.6 30％ 25％ 1.8 30％ 25％ (A)1.6m? (B)1.2m? (C)0.8m? (D)0.4m? 答案: (B) 6、室内渗透试验分为常水头试验及变水头试验，下列( )说法是正确的。 (A)常水头试验适用于砂土及碎石类土 (B)变水头试验适用于粉土及黏性土 (C)常水头试验最适用于粉土 (D)变水头试验最适用于渗透性很低的软黏土 答案: (A) 、(B) 7、采用塑限含水量W＝18％的粉质黏土作填土土料修高速公路路基，分层铺土碾压时，下列( )种含水率相对比较合适。 (A)12％ (B)l7％ (C)22％ (D)25％ 答案: (B) 8、按我国抗震设防水准，下列关于众值烈度的( )种叙述是正确的。 (A)众值烈度与基本烈度实际上是相等的 (B)众值烈度的地震加速度比基本烈度的地震加速度约低0.15g (C)遭遇众值烈度地震时设防目标为建筑处于正常使用状态 (D)众值烈度是在该地区50年内地震烈度的平均值 答案: (C) 9、通常围压下对砂土进行三轴试验，请判断下列选项中( )是正确的。 (A)在排水试验中，密砂常会发生剪 胀，松砂发生剪缩 (B)在排水试验中，密砂的应力应变曲线达到峰值后常会有所下降 (C)固结不排水试验中，密砂中常会产生正孔压，松砂中常会产生负孔压 (D)对密砂和松砂，在相同围压时排水试验的应力应变关系曲线相似 答案: (A) 、(B) 10、在卵石层上的新填砂土上灌水，稳定下渗，地下水位较深，下列( )选项是有可能产生的后果。 (A)降低砂土的有效应力 (B)增加砂土的自重应力 (C)增加砂土的基质吸力 (D)产生管涌 答案: (B) 11、下列各选项中，( )项关于岩土工程设计概算作用的说法是不正确的。 (A)是衡量设计方案经济合理性和优选设计方案的依据 (B)是签定工程合同的依据 (C)是岩土工程冶理(施工)企业进行内部管理的依据 (D)是考验建设项目投资效果的依据 答案: (C) 12、对于单支点的基坑支护结构，在采用等值梁法计算时，还需要假定等值梁上有一个铰链点，一般可近似取该铰接点处在等值梁上的下列( )个位置。 (A)基坑底面下1/4嵌固深度处 (B)等值梁上剪应力为零的位置 (C)主动土压力合力等于被动土压力合力位置 (D)主动土压力强度等于被动土压力强度位置 答案: (D) 13、对于天然含水量小于塑限含水量湿陷性黄土，确定其承载力特征值时可按下列( )