1、土工合成材料在地基處理中的應(yīng)用土工合成材料出現(xiàn)被譽為巖土工程的一次革命， 它以優(yōu)越的性能和豐富的產(chǎn) 品型式在工程建設(shè)中找到了用武之地，在地基處理工程中也發(fā)揮了重要的作用。 1 概述土工合成材料( Geosynthetics )是一種新型的巖土工程材料，是巖土工程 應(yīng)用的合成產(chǎn)品的總稱。 它以人工合成的高分子聚合物為原料， 如合成纖維、 合 成橡膠、合成樹脂、塑料或者一些天然的材料，講它們制成各種類型的產(chǎn)品，置 于土體內(nèi)部、表面或各層土體之間，來改善土體性能或保護土體?，F(xiàn)今，土工合成材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水利、 建筑、公路、 鐵路、海港、環(huán)境、 采礦和軍工等領(lǐng)域， 其種類和應(yīng)用范圍還在不斷發(fā)展擴大。

2、 今天我們提到土工合 成材料主要有六大功能：排水、反濾、加筋、隔離、防滲和防護，除此還有約束 和減載作用等。 在實際工程應(yīng)用中， 往往是一種功能起主導(dǎo)作用， 而其他功能也 相應(yīng)地不同程度地起作用。土工合成材料的種類繁多， 早期主要有透水的土工織物、 不透水的土工膜兩 類。近年來，大量其它類型的土工合成材料紛紛涌現(xiàn)， 如土工格柵、 塑料排水帶、 土工格室、土工網(wǎng)、土工模袋、三維植被網(wǎng)、土工織物膨潤土墊等。(1)土工格柵。土工格柵是一種以塑料為原料加工形成的開口的、類似格 柵狀的產(chǎn)品，具有較大的網(wǎng)孔， 可以在一個方向或兩個方向上進行定向拉伸以提 高力學(xué)性能，多用于加筋。除塑料格柵外，還有編織格柵，

3、即用眾多的纖維形成 縱向和橫向肋條， 中間有較大的開口空間。 編織格柵采用的原料是聚酯， 上面涂 有一些保護材料，如PVC乳膠或瀝青。此外，還有玻纖格柵，它是一種編織格 柵。(2) 土工格室。土工格室一般用長 12.5cm、寬75200mm厚1.2mm的高 密度聚乙烯條制成，條間沿寬度用超聲波焊接，焊縫間距約為300mm在加筋地基現(xiàn)場像手風(fēng)琴一樣展開，展開的面積達 10mx5m,每塊面積中含有數(shù)百個獨立 的格室，每格直徑約200mm在格室中充填砂礫料，振動壓實后構(gòu)成加筋墊層。與土工格室墊層相比，用土工格柵可連接成平面上呈方形或三角形的空格， 填充粗粒料形成更厚的墊層土工合成材料的分類是一個動態(tài)

4、發(fā)展的過程， 當(dāng)一種新產(chǎn)品的應(yīng)用得到廣泛 承認(rèn)后，土工合成材料的家族也就增加了新的一員。2 基本原理2.1 概述 土的抗拉能力低，甚至為零，抗剪強度也有限。在土體中放置了筋材，構(gòu)成 了土筋材的復(fù)合體， 當(dāng)受外力作用時， 將會產(chǎn)生體變， 引起筋材與周圍土之間 的相對位移趨勢，但兩種材料之間界面上有摩擦阻力（和咬合力） ，限制了土的 側(cè)向位移，等效于給土體施加了一個側(cè)壓力增量使土的強度和承載力都有提高。2.2 筋材的應(yīng)力傳遞筋材一般被水平地鋪在土中。 當(dāng)高抗拉強度、 高抗拉模量的筋材和土的復(fù)合 體在荷載下發(fā)生變形時， 通過二者界面引起應(yīng)力傳遞， 主要傳遞方式有二： 依靠 表面摩擦和依靠橫桿的被動阻

5、力。依靠表面摩擦的應(yīng)力傳遞 筋材相對于上下土料位移時（抗拔情況） ，二者上下面的摩阻力 Ff 為：Ff = 2bL vtan sg如筋材相對于上或下單界面位移時（剪切情況） ，則摩阻力 Ff 為：Ff = b L vtan sg兩式中 b 、L 筋材的寬度與長度；v 作用于筋材上的法向應(yīng)力 ；sg 土與筋材的摩擦角。 抗拔情況下應(yīng)通過抗拔實驗求得； 剪切情況 可通過直剪實驗求得。一般情況下，sg是土的內(nèi)摩擦角的0.60.8倍。式（1）和（2）表明，sg、 v愈大，能傳遞的Ff愈大，但它最大不能超 過筋材的極限抗拉強度。筋材表面越粗糙，周圍土顆粒越粗和帶有棱角，則 sg 越高，即Ff還主要取決于

6、筋材表面及周圍土的性質(zhì)。一、依靠筋材橫桿被動土抗力的應(yīng)力傳遞這種應(yīng)力傳遞中只出現(xiàn)于格柵類筋材中，如由縱肋和橫桿所構(gòu)成的土工格 柵，在土中鋪設(shè)土工格柵筋材時，一般肋的方向和土所受大主應(yīng)力方向一致，當(dāng) 格柵與土發(fā)生相對位移時，除格柵表面有摩擦抗力外，格柵橫桿側(cè)面上還受到與 之垂直的被動土抗力，這是因為格柵有一定厚度，在格柵的孔洞內(nèi)有土、石料充 填之故。被動抗力Fp可按下式估算：Fp= ntb h(3)式中t、b 格柵厚度和孔洞的有效寬度；n 單位寬度格柵的橫桿數(shù)目；h 單位土被動土壓力。h = N b v式中 v 作用于格柵的法向應(yīng)力；Nb 承載力因數(shù)。Nb值與土的抗剪強度和剪脹性有關(guān)，較少受筋材

7、表面粗糙度的影響。Rowe和Davis通過有限元計算，得到如圖所示的 Nb和 關(guān)系曲線，可供查取Nb。Ih''圖中縱坐標(biāo)Nb二：，h和v為有效應(yīng)力。圖中0表示土無剪脹；曲線表示有剪脹；上面的曲線為Pran dtl的古典承載力解；下面的曲線為沖剪破壞。對于格柵，除了上述的摩擦力和被動抗力外，實際上處于孔格周圍的土，其 剪切面也負(fù)擔(dān)應(yīng)力傳遞的功能。2.3加筋的作用機理加筋土中的筋材通過與土的應(yīng)力傳遞， 使土體產(chǎn)生相應(yīng)的力學(xué)效應(yīng)，故可借 助土力學(xué)原理來說明由此對土強度改善的機理。一、側(cè)壓力增量理論1、3 為：(6)無粘性土地基中Z深度處一個土單元所受大、小主應(yīng)力3 h K0 ?1K0

8、1 sin(5)式中v、 h 豎向和水平應(yīng)力；、'土重度和有效內(nèi)摩擦角;K。 土的靜止側(cè)壓力系數(shù)。這一應(yīng)力狀態(tài)如圖1212中圓I。圖中直線S是土的強度包線，該單元處 于彈性平衡狀態(tài)，故圓I與S線不接觸。如果由于某種原因，加入在其附近開挖， 則M點在豎向應(yīng)力不變條件下，水平向應(yīng)力 3卻有所減小，待其降低到3 Ka 1，皿點達到塑性平衡狀態(tài)而破壞，這時應(yīng)力圓川正好與包線相切。 設(shè) 想M點的土單元內(nèi)埋有水平放置的筋材，則由前述的應(yīng)力傳遞作用， M點不可能 因卸載而自由膨脹，體變受到筋材約束，使筋材處于拉力狀態(tài)，此時M點側(cè)壓力3 K 1 ( Ka v K v K0 )，即圖中圓U反映的狀態(tài)。從

9、而可見， M點在卸載 時免于破壞得益于加筋作用。從應(yīng)力圓看，是因為筋材為單元提供了一個側(cè)壓力 增量3所致。二、表觀(視)粘聚力理論有學(xué)者進行過兩種砂樣的三軸剪切試驗成果的對比，兩種砂樣為同一類砂，但一個為純砂，另一個是在砂樣中水平放置了土工織物， 試驗結(jié)果如圖，表明當(dāng) 圍壓3，超過一定大小后，兩種試樣的13關(guān)系曲線基本平行，而放置了土工合成材料的試樣，在相同的 3下其破壞的軸向壓力較不放土工織物有一個 增量1。這意味著，土工織物為無粘性砂提供了一個表觀粘聚力(值不變)。根據(jù)土的極限平衡條件，當(dāng)土料具有粘聚力Cr時，大、小主應(yīng)力 3符合以下關(guān)系：H，則13Kp 2Cr 懇(7)也已證明，如果試樣

10、中水平放置的土工織物的垂直間距為CR2 H式中Rt 土工織物筋材抗拉強度;2 0Kp 土的被動土壓力系數(shù)，Kp tan （45-）從前述側(cè)壓力增量理論看，筋材實質(zhì)上是為試樣提供了一個側(cè)壓力增量(9)3，這時試樣破壞的大主應(yīng)力相應(yīng)地增大為:33)KpCR與式（7）比較得到:(10)從式（8）和式（10）可得:(11)這表明加筋提供了側(cè)壓力增量來源于筋材的抗拉強度 Rt，其大小相當(dāng)于將 該強度平均分配給高度為 H的試樣側(cè)面上的壓力。顯然如Rt很小或筋材失效 （筋材被拉斷或被拔出），則側(cè)壓力增量將隨之消失。三、抗剪強度理論也有將聚合纖維混入土中做加筋土稱為纖維土。 纖維土是用專用機械在現(xiàn)場 直接將纖

11、維和砂混合而成。先討論纖維互相平行，并垂直于土體中剪切帶的理想情況。 如圖，原來是垂 直向的纖維由于將產(chǎn)生位變，纖維土中引起了拉力R。如剪切帶面積為A,纖Af維所占面積為Af，則單位土體面積內(nèi)的纖維拉力為tR （-1） R，它在垂直于A剪切帶方向的引起的壓力增量為tR cos ；在平行于剪切帶方向上的分力使剪切 力減?。磁c剪切力的方向相反），相當(dāng)于使土的抗剪強度增大tRSin 。土的抗 剪強度總增量為：SR tR(cos ?tansin )(12)四、承載機理假定土與土合成材料最初都作用在堅實的地基上， 然后在合成材料下之地基 出現(xiàn)裂隙或孔洞，于是在外荷載及上覆土自重作用下，土工合成材料向下

12、彎曲， 這一彎曲形成土層向下彎曲和合成材料伸長。土層彎曲在土內(nèi)形成土拱，它把部分外載從裂隙或孔洞區(qū)向外轉(zhuǎn)移，使裂、 孔區(qū)的壓力降低。土工合成材料由于伸長， 起到張膜作用， 并能承受垂直于表面上的荷載。 由 于合成材料的伸長，可以有以下三種情況，見圖（a） 土一合成材料系統(tǒng)發(fā)生破壞;（b） 土一合成材料系統(tǒng)出現(xiàn)一定彎曲并跨接在裂隙或孔洞上； （c） 土一合成 材料都沉到深坑底部。 最后情況中， 土工合成材料已發(fā)生部分強度承擔(dān)了垂直于 土工合成材料表面的部分荷載，其余部分荷載傳到深坑底部。此外，在軟弱地基上，鋪設(shè)土工合成材料底筋，在其上修建堤壩，土工合成 材料底筋不使填土以集中荷載形式局部陷入地基

13、，加強地基土和填土的整體性； 它部分起到筏基的作用， 使荷載應(yīng)力擴散與均化， 同時合成材料受荷變形， 發(fā)揮 其薄膜效應(yīng)，使地基的承載力提高。3 土工合成材料加筋地基土本身是一種弱膠結(jié)顆粒集合體， 有時它需要一種二維或三維的連續(xù)介質(zhì)去 提高其整體性， 改善抗拉、 抗剪性能和承載能力， 這種連續(xù)介質(zhì)最理想的就是土 工合成材料。3.1 簡述加筋地基是將基礎(chǔ)下一定范圍內(nèi)的軟弱土層挖去， 然后逐層鋪設(shè)土工合成材 料與砂石等組成加筋墊層做地基持力層。 當(dāng)筋材埋設(shè)方式和數(shù)量得當(dāng)時， 就可以 極大地改善地基的承載力。加筋地基成功應(yīng)用的實踐可概括為以下三個方面： 一是土堤的加筋地基， 如 堤防工程、 公路或鐵路

14、路堤下的加筋地基； 二是淺基礎(chǔ)地基的加筋， 如油罐或多 層房屋基礎(chǔ)加筋，特別是條形基礎(chǔ)下的加筋地基；三是公路面層下基層的加筋， 用于提高承載力、減小車轍深度和延長使用壽命。此外，加筋地基（墊層）可與 其他各種樁基礎(chǔ)結(jié)合形成復(fù)合地基?？捎糜诘鼗咏畹耐凉ず铣刹牧嫌型凉た椢?、 土工格柵、土工格室和一些土 工復(fù)合材料。 土工格柵具有均布的大空格， 和土嵌鎖在一起表現(xiàn)出較高的筋土界面摩擦力，故有些情況下土工格柵作為加筋材料要比土工織物效果更好。土工織物和土工格柵加筋土地基的設(shè)計包括筋材強度和層數(shù)的確定，以及抗拉強度的選擇。目前生產(chǎn)廠家提供的土工織物和土工格柵產(chǎn)品，其抗拉強度有 20kN/m 50kN/

15、m 80kN/m和110kN/m等多種規(guī)格。由多種纖維織成的有紡織物 強度可達500kN/m 土工織物還被其他聚合物、玻璃纖維和鋼纖維加筋構(gòu)成加筋 土工織物復(fù)合材料。在聚合物中加入其他纖維可使強度增大，同時降低成本，例如，玻璃纖維具有高的抗拉強度和彈性模量，同時具有高的蠕變抗力。編織進金屬纖維可使抗拉強度高達3000kN/m將其直接鋪設(shè)于基層中，可提高路面承載 力310倍。土工格室加筋地基因為格室的側(cè)限作用提高墊層的抗剪強度和承載力， 另一 方面土工格室墊層相當(dāng)于基礎(chǔ)的旁側(cè)荷載， 格室厚度越大，旁側(cè)荷載越大，從而 增加的承載力也越大。當(dāng)土工格室應(yīng)用于公路地基時，一般在格室中充填砂粒，2用平板振

16、動器壓實，最后噴灑乳化瀝青，噴灑量為 5L/m，水滲入砂中，瀝青 小球粒在上層砂中形成磨耗層。試驗表明，雙軸卡車荷載行駛10000遍后僅留下 輕微車轍，如沒有土工格室，僅十遍就留下深深的車轍。3.2加筋材料的容許抗拉強度加筋土設(shè)計中有兩種不同性質(zhì)的安全系數(shù)，一是設(shè)計安全系數(shù)，二是材料安全系數(shù)。設(shè)計安全系數(shù)即一般巖土工程計算中經(jīng)常采用的對工程安全性評價的指 標(biāo)，它是綜合考慮了荷載組合、計算方法中的假定以及計算指標(biāo)中選取的可靠性 等方面不確定性因素，而給予安全性的一個富裕值。材料安全系數(shù)過去是一個用 一個綜合值，或稱總體安全系數(shù)，現(xiàn)在則改稱分項安全系數(shù)，這樣才可以明確地 涉及材料的不同弱點所在，例

17、如其強度受蠕變、施工破壞和老化影響等。材料的 抗拉強度要對各項影響系數(shù)折減。1996年美國州公路與運輸管理人員協(xié)會(AASHT)建議，筋材的容許抗拉 強度Ta可按下式計算：TaTuT( 13)a RFcrRF id RFd rf式中：RFcr 蠕變折減系數(shù)；RFid施工損傷折減系數(shù)；1RFd老化折減系數(shù)；RF總折減系數(shù)；Tu 材料的抗拉強度，取試驗平均值減去 2倍的標(biāo)準(zhǔn)差。上面三個折減系數(shù)對容許抗拉強度的大小至關(guān)重要，并與原材料、荷載、土 粒粗細和環(huán)境等因素有關(guān)，至今很難準(zhǔn)確取值。3.3 條形淺基礎(chǔ)的加筋土地基331 筋材布置太沙基等研究者將條形淺基礎(chǔ)破壞時（整體滑動破壞）的地基分成三個區(qū),

18、即主動極限平衡區(qū)、被動極限平衡區(qū)和過渡區(qū)，并推導(dǎo)出地基承載力公式：Pu CNc dNr Nr2(14)從式（14）可見，由地基土的容重 和抗剪強度參數(shù)c、 等參數(shù)即可計算 地基的極限承載力。但對于加筋土地基，出現(xiàn)了 C、 和 是取加筋土墊層的參 數(shù)，還是取原地基土參數(shù)的問題。答案是只有當(dāng)加筋土的范圍不小于完整滑動面 范圍時，才能取加筋土的有關(guān)參數(shù)，筋材也應(yīng)均布在該范圍內(nèi)才能發(fā)揮正常功能根據(jù)Prandtl Reissner理論可求得基礎(chǔ)兩側(cè)完整滑動面總水平長度Lu為tanLu b12ta ne2(15)4 2在過渡區(qū)的滑動面為對數(shù)螺旋線，求深度的極值，得滑動面最大深度Du為Dubcos(刁 2)

19、tane(16)2cos -42根據(jù)式（15）和（16）可求得不同的 值對應(yīng)的Lu和Du值列于表1中，它們是基礎(chǔ)寬度b的倍數(shù)。表中 取基地土的內(nèi)摩擦角 表1滑動面長度和深度(o)05101520253035Lu (x b)77.54.144.976.067.537.5812.53Du (x b)0.710.790.891.011.161.351.591.9很多模型試驗揭示地基極限承載力隨筋材長度和深度增加而變化的規(guī)律,雖然長度和深度增加值至一定值后，極限承載力增加緩慢，但只有達到表 所列深度和長度時，極限承載力才停止增長。實踐中要求筋材的布置范圍符合：最上層筋材距基底! 2b/3、最下層筋材距

20、基底n 2b、筋材層數(shù)為36,且長度L足夠。此時加筋地基的破壞表現(xiàn) 為筋材的斷裂，其斷裂點在基礎(chǔ)下方，接近筋材與壓力擴散線的交點。從表1可看出，當(dāng) 從0°增至35°時，Lu從7.0b增至12.53b，筋材的增 長大幅度增加了基坑開挖的工程量，而增加的極限承載力又伴隨著基礎(chǔ)的過量沉 降，故適當(dāng)減短長度，損失一定的承載力是合理的。按基礎(chǔ)兩側(cè)壓力擴散線外側(cè)筋材的抗拔出極限狀態(tài)來確定筋材長度，要求筋材容許拉力不大于壓力擴散線外側(cè)筋材的抗拔力，并且在計算筋材錨固段長度 時，忽略基底壓力在筋材上附加應(yīng)力引起的摩擦力，只計算上覆土重引起的正應(yīng) 力，貝以圖得，第i層筋材的水平總長度L為:L

21、 b 2 j tanTa Fspf?(dj)(17)式中：d基礎(chǔ)埋深，m土與筋材界面的摩擦系數(shù);壓力擴散角，可由建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB50007 2002）查得,Fsp 筋材抗拔出安全系數(shù)，可取2.5;加筋砂墊層中砂的容重；用式（17）計算得各層加筋長度后，可取最大值，按各層等長布置，一般長 度不超過2.5 b。實際上，加筋地基的破壞形式也不是整體破壞剪切破壞，而是 沿壓力擴散線的沖切破壞。這與許多研究者發(fā)現(xiàn)加筋地基的破壞面并非向基礎(chǔ)某 側(cè)發(fā)展的完整滑動面，而是從基礎(chǔ)邊緣向下方近似垂直的發(fā)展，或與鉛直方向形 成一定的壓力擴散角的分析是一致的。Love等人發(fā)現(xiàn)，地基的壓力擴散角并不因布置了筋

22、材而增加。3.3.2 地基承載力設(shè)計公式在加筋地基中，土和筋材的相對位移（或相對趨勢）形成了土與筋材界面的 摩擦力，從而在筋材中產(chǎn)生拉力。筋材拉力對地基承載力的貢獻包括以下兩個方面：一是拉力向上分力的張力膜作用，二是拉力水平分力的反作用力所起的側(cè)限 作用。側(cè)限作用可根據(jù)極限平衡條件計算，具體做法是將N層筋材設(shè)計拉力的水平分力除以Du，得到水平限制應(yīng)力增量3 NT cos /Du， 為筋材拉力與水平面夾角，取45°2，即筋材變形后沿郎肯主動滑動面方向，為砂墊層的內(nèi)摩擦角。用極限平衡條件求3對應(yīng)的豎向應(yīng)力增量1即為提高2 n tan的地基承載力。再考慮到筋材拉力的向上分力增加的地基承載力

23、-2NTsin則筋材提高的地基承載力可用下式表示(王釗、王協(xié)群，2000年):2sin 45o NTa 2K b 2 n ta ncos(45 )2 tan45o -Du(18)式中：K地基承載力安全系數(shù),K = 2.5 3.0 ;最低一根筋材的深度，m?？紤]因埋深修正而提高的承載力和墊層壓力擴散角提高的承載力, 基增加的地基承載力設(shè)計值而加筋地a d (d2 n ta nn 0 ) Pkb 2 ntan(19)式中： d 基礎(chǔ)埋深的地基承載力修正系數(shù)，根據(jù)地基土的分類和土性指標(biāo)查建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 (GB5000Q 2002); 原地基土的容重，KN/m3；Pk相應(yīng)于荷載效應(yīng)組合時，基礎(chǔ)底

24、面處的平均壓力值，kPa。(20)加筋土(砂)墊層地基承載力設(shè)計公式為:Pkf akf R式中：fak 墊層下軟土地基承載力特征值，kPa。3.3.3加筋地基設(shè)計步驟加筋地基設(shè)計步驟如下：(1) 初步選定加筋材料，如土工格柵或土工織物，擬定其布置參數(shù)，包括第一層到基底距離i，第N層到基底距離n ,間距 H （ nUn 1）；確定填土墊層中填土的內(nèi)摩擦角和容重（2） 據(jù)式（18）和式（19）分別計算出加筋地基需提高的地基承載力fR及 要求筋材提供的承載力增量 f。（3）按式（20）校核加筋地基的承載力。（4）由式（17）得到加筋材料的長度Li，取最大值等長布置。3.3.4加筋地基的沉降在地基承載

25、力滿足設(shè)計要求的前提下，對于需要進行變形驗算的建筑物還應(yīng) 作變形計算，即建筑物的地基變形計算值，不應(yīng)大于地基特征變形允許值。地基變形由兩部分組成，一是加筋體的變形，該變形可忽略不計；二是其下 軟土層的變形。變形的計算方法可采用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 （GB50007- 2002）中最終沉降量的計算公式，沉降計算壓力為擴散于n處的壓力。應(yīng)指出的是多層筋材地基可顯著減小沉降量， 而堤基下一層筋材減小沉降作 用是可以忽略不計的，它僅能起到部分均勻堤中心和兩側(cè)沉降差的作用。3.4 土工格室加筋地基格室通過每個單元的箍力來增強體系的承載力，甚至不需要初始變形即可發(fā) 揮加筋作用。土工格室提高承載力的機理在于

26、格室側(cè)壁的摩擦和限制力不僅增加 了土體圍壓，還使之獲得了 “準(zhǔn)粘聚力”。研究發(fā)現(xiàn)承載力隨格室材料強度的增 大而提高，并且單個格室的高寬比在 1.51.0范圍內(nèi)時加筋效果較好。當(dāng)格室 側(cè)壁有斜紋、穿孔時，還可進一步提高承載力。側(cè)壁的穿孔兼排水、允許根系橫 向發(fā)展的作用，同時減小材料消耗。美國著名學(xué)者，土工合成材料專家 RKKoerner根據(jù)Terzaghi理論提出了 土工格室加筋地基承載力的計算，認(rèn)為土工格室的限制作用使得地基破壞面向下 延伸，擴大了滑動面范圍。承載力計算公式及改進的公式為：不帶土工格室：Pu CNc c 0.5 bNr r（21）Dq帶土工格室：PU 2 CNc c qNq q

27、 0.5 bNr r（22）r其中qqDqhpKa式中： pu地基極限承載力，kPa ;q 旁側(cè)荷載，kPa ；粘聚力；3 格室內(nèi)土的容重，KN / m ；Dq 土工格室厚度，m;r 土工格室設(shè)充砂后呈圓環(huán)形，圓環(huán)的半徑，m ；3破壞區(qū)土的容重，KN/m ；土工格室內(nèi)土的平均水平應(yīng)力，kPa ；Ka 主動土壓力系數(shù)；Nc, Nq, Nr 為承載力系數(shù)（與土的內(nèi)摩擦角有關(guān)）；c、 q、 r為基礎(chǔ)底面形狀修正系數(shù)考慮基礎(chǔ)為條形基礎(chǔ)假設(shè)的誤差，建 議采用魏錫克（A.S.Vesic ）地基極限承載力公式中給出的基礎(chǔ)形狀因數(shù)計 算公式；土與格室側(cè)壁間的摩擦角，（° ）。3.5 土堤的加筋土地基

28、位于軟土地基上的堤，包括堤壩和路堤，其加筋土地基有兩種結(jié)構(gòu)形式：一 是平鋪的土工織物或土工格柵，又分為在地基表面平鋪一層，或挖除部分軟土， 分層平鋪數(shù)層筋材，各層筋材間鋪設(shè)砂礫料構(gòu)成加筋土墊層， 或在堤身內(nèi)部由底 向上平鋪數(shù)層加筋材料；二是土工格柵框格墊層。兩種結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計方法基本 是一致的。土堤加筋土地基可能產(chǎn)生的破壞形式有：（1）堤和地基整體滑動破壞；（2） 土堤的堤坡部分沿著筋材表面水平滑動；（3）基土擠出破壞；（4）地基承載力不 足產(chǎn)生過大的沉降。應(yīng)針對防止每一種破壞形式的發(fā)生，提出相應(yīng)的設(shè)計方法。3.5.1整體滑動1.楔體分析法將堤坡下的土體連同軟土地基視為一整體，參見圖中的脫離體

29、ABGP其上的受力有H2Ea Ka（qH）（22）2(23)筋材拉力取容許抗拉強度Ta，如為N層，則拉力為NT,則有:2d)D 2CuD式中： qCu由脫離體EpfSf堤頂均布荷載,fD22kPa ；2CuD(24)(25)軟基土的不排水抗剪強度，kPa ；ABGP勺受力平衡可得到抗滑動安全系數(shù)為:FNTa Sf Epf廠sEa Eaf(26)要求Fs 1.5脫離體分析法給出的結(jié)果偏于安全，但當(dāng)軟基土較厚時，分析結(jié)果不可靠, 建議用圓弧滑動分析法。2.圓弧滑動分析法當(dāng)?shù)袒萝浫跬翆虞^深時，滑動面可能貫穿基土和堤身，設(shè)計采用修正的圓弧滑動分析法。這個方法的要點是先計算出沒有加筋材料時最危險圓弧的

30、位置，并假定加筋后滑弧的位置不變，筋材拉力的方向與滑弧相切，則抗整體圓弧滑動 的安全系數(shù)為：Fs(Gh Wi cos i ta nJ TWfsin i(27)式中：T筋材材料提供的切向加筋力，取筋材的容許抗拉強度;Wi第i分條的土重，kN/m ；Ci 第i分條滑弧所在土層的粘聚力，kPa?？拐w圓弧滑動的安全系數(shù)Fs要求不小于1.3。應(yīng)編制程序自動搜索最危險滑弧的位置，并計算安全系數(shù)。如果有些層的筋材沒有滿鋪，處于滑弧以外（穩(wěn)定土體側(cè)）的筋材應(yīng)具有足 夠的錨固長度，即校核筋材在容許抗拉強度的拉力作用下抗拔出的穩(wěn)定性。3.5.2堤坡滑動(28)滑動土坡楔體上受力如圖?；瑒恿?Ea Ka H2/2

31、，抗滑動力為(Hl tan Sg)/2,考慮兩者的平衡，并取抗滑安全系數(shù)為2.0，可得其中2KaH tan sgKa怡論。-式中： Ka為主動土壓力系數(shù)；sg為堤土與加筋材料的界面摩擦角3.5.3基土擠出堤坡下地基土體的受力情況于圖中。其中擠出力為主動土壓力Eaf，抗擠出力有三個，一是被動土壓力，還有筋材對軟基土和硬基土對軟基土的摩擦角Sf 0Eaf ( HqfD-2 )DKaf 2CuD KEpffD22 Kpf2CuDK；Sg HHtan2sgSf lCffD)tan f其中Kaftan 2(45° 二)2Kpftan 2(45oL)2Sg及(29)(30)(31)(32)式中：

32、Kaf為軟基土的主動土壓力系數(shù)；Kpf被動土壓力系數(shù)；sg筋材和軟基土的界面摩擦角軟弱基土抗擠出的安全系數(shù)為FsEpfSgSf(33)要求Fs 1.5。3.5.4承載力校核鋪設(shè)于堤基的筋材，其作用主要是隔離，只要筋材有足夠的拉伸變形，則可 適應(yīng)大的下垂變形，而不斷裂，使堤身整體且均勻的沉降，堤兩側(cè)的基土受擠壓 隆起，產(chǎn)生如下作用：（1）埋深增加而提高承載力。（2）兩側(cè)地基土擠壓排水，抗剪強度提高。（3）沉降底面為垂線型，中間大、兩邊小，對堤身頂部有擠壓作用，減小堤 頂形成縱向裂縫的可能性。如果用圓弧滑動分析法，考慮到堤頂無裂縫和堤身沉到地基內(nèi)的部分， 則通 過堤身的滑弧增長，而堤身土的抗剪強度

33、是較高的， 此外，因兩側(cè)地基土隆起也 延長了滑弧，因擠壓排水，也提高了抗剪強度，總的作用是提高了抗滑穩(wěn)定的安 全系數(shù)。4 土工合成材料在地基處理工程中的其他應(yīng)用4.1過濾和排水很多土工合成材料具有良好的過濾性、 透水性和導(dǎo)水性，因而，在土體中需 要設(shè)置過濾或排水的地方都采用土工合成材料。 為了加速軟土地基固結(jié)，常用塑 料排水帶來代替?zhèn)鹘y(tǒng)使用的砂井，土工織物代替水平砂墊層；土壩下游坡角和壩 基以及擋土墻背面的過濾排水材料可以用土工織物代替常用的砂石料。1.過濾在過濾運用中，水流方向垂直于土工織物平面，一般以垂直滲透系數(shù)Kn或透水率 來衡量其透水能力，其中g(shù)為土工織物的厚度。土工織物的過濾機理是很復(fù)雜的。 早期，人們把土工織物的過濾作用等同于 傳統(tǒng)的天然粗粒材料的過濾作用，在保土方面是利用土工織物具有足夠小的孔徑 來阻擋被保護土中骨架土料的通過。其后，又有一些研究者提出了一些新的機理， 這些機理包括：上游天然濾層的形成、堵塞、成拱、淤堵、深處過濾等，根據(jù)這 些機理的相互作用，人們認(rèn)為土工織物本身并不起過濾中的保土作用，而是在靠近土工織物處，誘發(fā)被保護土層形成一層天然濾層； 正是該天然濾層起到了主要 的過濾作用，而土工織物只是充當(dāng)了形成天然濾層的媒介。實際上，在