土工格栅(Geogrid)加固软土地基的堤坝---两种模拟方法比较

1 引言

在【地基土中土工格栅的模拟(Geogrid)】中讨论了使用Geogrid改善地基土的性能。为了进一步检验Geogrid所起的作用，下面分析了一个堤坝的加固，分别使用Plaxis 2D和Phase2进行了模拟，同时也比较了二者在模型设置以及计算结果方面的差异。

2 堤坝模型

这个堤坝模型由两层土组成，上层为Sand Fill, 下层为Soft Clay，显然上层的强度比下层高，为了改善土的性能，在两层的分界面使用Geogrid进行加固。首先分析没有加固时的稳定性，然后分析加固后的稳定性。

3 Plaxis 2D模拟

当输入土层材料参数时，为了最大程度地与Phase 2的计算作比较，在"Initial" ko设置时，采用了"Manual" 选项，设置ko为1，即土体处于静水压力状态。下面分三种情形进行分析：

(1) 在没有支护的情况下，最大位移量是0.088m。下图所示的是位移云图和最大剪应变图。计算的安全系数为1.244。

(2) 安装Geogrid但不设置界面，这相当于Geogrid与土紧密粘合在一起，不发生滑动或分离。在这种情况下，最大位移量0.012m，计算的安全系数是1.265。可以看出，安装Geogrid有效地阻止了土层的位移，安全系数得到了提高。剪应变图显示出剪切带被Geogrid分割开，没有形成贯通的剪切带。

(3) 安装Geogrid同时设置界面，即考虑了土-结构的相互作用，在这种情况下，最大位移量0.019m，计算的安全系数是1.268，其结果与不设置界面时差不多。

4 Phase 2 

使用相同的模型和参数，在Phase 2下运行。分两种情形：

(1) 不进行支护。在这种情形下，最大位移量是0.009m，这个数值比上面计算的位移值小很多，不过，就像以前多次讨论过的一样，使用强度折减方法计算出来的位移不真实，特别时Plaxis计算的位移；计算的安全系数为1.26。这个数值与上面计算的1.244差不多相同。不同软件的算法、网格划分等因素都影响着计算结果。不过总的来说，结果大致相同。可以比较二者的位移云图和最大剪应变图。

(2) 安装Geogrid但不设置界面, 为了与Plaxis的结果比较，在此Geogrid使用了弹性模型，计算出的最大位移量是0.03m, 这个数值与上面计算的最大位移量0.012m基本上接近，计算的安全系数为1.48，比上面计算的安全系数1.265稍微高一些。

(3) 如果Geogrid使用塑性模型，即设置抗拉强度60kN/m, 得到的安全系数为1.44，比使用弹性模型小了一些，最大位移量为0.011m。当SRF=1.75时，可以发现Geogrid发生了屈服破坏，即在下图这些红色 区域Geogrid所受的力超过了抗拉强度60kN/m。

5 结束语 

通过比较Plaxis 2D和Phase2的计算结果，可以看出最明显的差异是当安装Geogrid后Phase 2计算的安全系数比Plaxis 2D计算的安全系数高。这种差异由许多因素引起，对一个特定的问题来说，很难确切地指出哪一个因素占主导地位。不过，宏观上讲，主要是由于Plaxis使用的安全分析(Safety Analysis)算法引起的，在Plaxis中，当计算安全系数时，不考虑界面和结构元的残余强度，而且应力状态时从初始阶段开始计算的，这可能是导致安全系数低的主要原因。