【摘 要】通过大三轴试验对比研究，揭示土工格栅的加筋机理和变形特点、作用效果。为土工格栅加固技术的理论研究和计算分析提供依据；指导设计与施工，为加筋技术的推广应用提供理论依据。
【关键词】加筋土；素土；高填土路堤加固；加筋机理
【Abstract】The reinforcing mechanisms and deformation character are discovered by large scale triaxial ,reinforcing effect either .It provides reliable basis for application and theoretical research of the combined disposal technique. Theory reliance is offered for application of combined disposal technical.
【Key words】Ｒeinforcing soil；Ｓoil；Ｈigh road embankment；Ｒeinforcing mechanisms
１ 土工格栅研究现状
土工格栅的存在将约束土体的侧向变形，改变土体的受力状态，从而影响加筋堤坝稳定性。对于加筋堤坝和有关地基的沉降计算，有些学者假定地基为弹性的文克尔地基,对于加筋垫层认为是整体连续的复合土体，看成是复合板或层合板，采用弹性地基梁理论或薄板理论进行求解。
文献[2]对若干堤坝下软基土工织物加筋工程进行研究后发现，在工作状态下土工织物的应变都很小，一般在6%以下。文献[3]提出并证明了堤坝下软基土工织物加筋垫层存在着尺寸效应，堤坝底宽度越小，加筋效果越好。文献[4][5]分别介绍了加筋堤坝和油罐地基的沉降计算方法。他们都是假定地基为弹性的文克尔地基。对于加筋垫层都认为是整体连续的复合土体，看成是复合板或层合板，采用弹性地基梁理论或薄板理论进行求解。文献[6]也假定地基为文克尔地基，将土工织物看成是弹性拉力膜，应用弹力膜理论来求解。文献[7]介绍采用一种修正的Do’razio-Duncan（DD）方法来计算加筋油罐地基，他忽略加筋垫层的变形，上部荷载通过垫层将产生应力扩散，按扩散后的荷载作为外荷载进行沉降计算。文献[8]从土工织物约束土体水平位移这一点出发，用一种最为简单也最粗糙的估算方法，即还是用以往的分层总和法计算，但这个结果不需要乘以一般地基中的综合修正系数Ms，就作为加筋堤坝的沉降量。文献[9]介绍了一种水平加筋地基的沉降计算方法，假定地基的弹性模量Ez是随深度变化的， 采用胡克定律求应变，然后用图解积分的方法得到沉降，计算中把织物上下加固范围的土体指标Ez、U由大三轴试验确定，此范围以外仍用原指标。按照该方法计算土工织物有一定埋深的算例，单层加筋可减少最终沉降的5%，这个方法没有考虑加筋引起地基附加应力的变化。当土工织物有一定埋深时按照文献[1][7]中的方法考虑加筋引起的应力扩散作用，然后按照扩散后的荷载计算附加应力。但是，土工织物埋在地表附近时，这种方法就无法计算加筋对沉降的影响。
土工织物垫层对堤坝沉降的影响，目前有两种观点[8]，一种认为加筋对地基的沉降无效，或不明显；另一种看法认为加筋能有效减少地基沉降量。两种意见都有实测数据或有限元计算结果支持，目前的公路规范也说明：“尽管有工程证实，土工合成材料对路堤的沉降特别是不均匀沉降有一定的减小或调节作用，但这一作用的效果有待进一步认识。”文献[10]通过多项工程的实测的数据对比发现，堤底宽度小的工程，地基沉降量都有减小，而堤底宽度大的工程沉降量却无甚减小，可见，加筋的宽度对沉降量的减小有一定的影响。即，加筋效果存在着尺寸效应。该文分析认为，这是由于实际工程中，由于使用要求对沉降有所控制，不可能出现非常大的沉降，因此堤底宽度较大时，土工织物的应变较小，同时堤底宽度加大，荷载扩散效果变小，土工织物的加筋效果也就小些。
文献[11]指出土工格栅加筋碎石土的加筋效果，与复合体受力变形条件有关。加筋可以有效改善碎石土的强度及变形特性，不同的围压，不同的轴向应变条件，加筋的效果有所不同。在一定的条件下，土工格栅的加筋层间距越小，加筋效果越好。文献[12]通过有限元方法对比提出，加筋对控制软土地基沉降的作用机理相当复杂，筋材与垫层的共同作用，构成具有一定刚度的复合材料，可减少地基的不均沉降。筋材的抗拉作用，可限制地基的侧向变形，改善地基内的应力状态，从而减小地基的侧向变形，改善地基内的应力状态，从而减小地基的剪切变形。
河北工业大学的研究指出，对于加筋土，应用有限元法可以有效地分析土与加筋材料间的相互作用及加筋材料本身的应力应变关系。土工格栅由于其多孔的结构特点，使得其特性不同于其它片状加筋材料，土工格栅纵向肋的拉伸特性和横向肋的抗挠刚度这些因素是土工格栅结构中影响荷载分布的主要因素。在有限元法的基础上利用弹簧单元模型来分析能确切模拟土工格栅与土之间的相互作用，确切反映纵向肋的拉伸特性和横向肋的抗挠刚度的影响，并能显示材料的受力和变形特性。但是这种方法在实际应用中使用不多。
东南大学交通学院通过理论和实测对格栅加筋地基的沉降和承载力进行了分析。他们对格栅加筋的沉降分析采用有限元分析方法，结果表明格栅采用2-3层较为合理，施工时应采用包裹型。沉降分析表明，格栅加筋地基可以减少沉降约35%，减少不均匀沉降63%。同时，格栅加筋可以迅速形成施工平台。同时可以明显提高路基的承载力。
格栅通过土与格栅界面的应力传递来改变土体中的应力分布，所以对加筋选用的土质应有严格的规定(加筋土的内摩擦角越大越好，并严格限制土中细颗粒的含量)。这种土——梁作用使土体中一定深度内的竖向附加应力有所减小，使应力在断面上分布更均匀，这样不但减少了路堤中线的沉降，还调节了路堤底面的不均匀沉降。格栅的存在，也在一定深度内极大地限制了土体的侧向位移，使地基的稳定性提高，同时也减少了竖向变形。通过分析计算，可得出格栅处理软土地基的有效深度为4-6m，适合浅层处理软基，所以如果将格栅与其它处理软基的方法结合起来使用，会达到理想的加固效果。加在路堤中部的格栅，虽然对路堤本身的强度和稳定性有贡献，但对路堤下的软基的受力和形变，并没有很明显的效果。