土工格栅
土工格栅加筋碎石垫层作用及计算单元选取方法
浅析土工格栅加筋碎石垫层中的研究
为揭示碎石垫层与加筋碎石垫层的工作特性，采用大比例模型试验，研究了土工格栅对碎石垫层刚度的影响，并采用FLAC3D对模型试验进行了数值模拟，分析了碎石垫层和加筋碎石垫层的竖向应力场、竖向位移场随荷载增加的变化规律。研究表明：在相同荷载作用下，加筋碎石垫层的沉降明显小于碎石垫层的沉降；加筋碎石垫层的竖向应力增量及其影响范围、沉降影响范围及沉降量均比碎石垫层的小，并且加筋碎石垫层的应力核心区和零位移区的范围也有所减小。
复合地基技术的一个基本假定就是使桩体与桩周土共同作用。为了有效发挥复合地基中桩与桩周土的协调变形，有效改善复合地基中桩体的应力分布，黄熙龄先生提出：在承台下设置合适的褥垫层，能有效地调节地基土中的桩一土荷载分担比，也能充分发挥地基中桩、桩周土的承载性能，从而达到提高复合地基的承载和减小地基沉降的目的。
通常情况下，褥垫层材料为散体材料，如砂、碎石等。但随着地基处理技术的发展，人们发现单一的砂、石垫层刚度较小，不能很好地适应工程需要。为克服单一材料垫层的这种不足，工程出现了将土工布、土工格栅、土工格室等土工织物置入砂、石垫层中，从而形成了加筋垫层。加筋垫层技术在工程中取得了良好的经济效益，引起了广大研究人员的高度重视。
褥垫层的工作性状对复合地基的诸多工作特性均有较大影响，加筋垫层更是如此，如加筋垫层的厚度、土工合成材料的刚度、加筋层数、加筋位置等都对复合地基的承载力及沉降具有影响。尽管国内外针对砂、石垫层及加筋垫层均有过一定研究，然而由于垫层工作的复杂性和工作条件的多变性，将采用模型试验和数值模拟相结合的方法，研究刚性基础下垫层与加筋垫层的工作性状，探讨不同垫层厚度、土工格栅层数、土工格栅布置位置等因素对垫层及加筋垫层应力场与位移场的影响，为加筋垫层的优化设计提供参考依据。
为探讨刚性基础下碎石垫层与土工格栅加筋垫层的工作性状方面的差异，共进行了2个模型静载试验。模型试验在长×宽×高为1.5×1.5×0.5m的钢制模型箱中进行，模型箱内分层采用动力夯实（压实度控制在90%左右）的方法分层铺设碎石。碎石粒径级配控制在10～20mm范围内。
土工格栅计算单元选取：格栅单元在实际工作中只能承受拉应力，不具有抗压性能和抗弯刚度。许多研究表明：土工格栅可看成是只有轴向变形的一维单元，在一定荷载作用下的应力-应变关系还处在线弹性范围内。根据已有研究基础与成果，土工格栅单元被视为薄膜单元，故其本构关系选取线弹性计算模型。
1）随着荷载的增加，载荷板下方垫层的应力持续增大，而载荷板垂直作用范围外的垫层应力有所增加，但增加的幅度很小；
2）若将垫层中竖向应力大于或等于上部荷载值的区域定义为应力核心区（以下称“核心区”），则核心区的范围随着荷载的增加而减小；在较小荷载下（20kPa），加筋碎石垫层核心区与碎石垫层的核心区差别不大（约为垫层面积的27%），但随着荷载的增加，加筋碎石垫层的核心区就有较大幅度（约为10%～20%）的减小，而碎石垫层核心区的减小幅度（约为3%～8%）的减小，且应力值均小于相同厚度碎石垫层的应力值。
以上情况说明：土工格栅能有效地调整碎石垫层的应力分布，土工格栅能较好地改善软土地基工作性状，能有效地提高散体材料桩的承载力，减小地基沉降，并且通过增加格栅数量和减小格栅的间距能更好地发挥其工程性状；土工合成材料加筋砂垫层能有效减小软土地基在上部路堤荷载作用下的沉降变形。
荷载作用下，垫层沉降深度方向的逐渐减小，垫层顶部的沉降最大（等于载荷板的沉降量），垫层底部一定范围内的没有产生沉降（以下称“零位移区”）；随着荷载的增加，垫层的沉降范围不断增加，而零位移区的范围几乎没有增加；以载荷板为中心，沿水平方向垫层深部的沉降变化呈“W”型，且随荷载的增加，沿深度方向垫层这种沉降变化的幅度越大；随着土工格栅的置入，10cm厚加筋垫层的沉降范围及深层沉降量均较同厚度碎石垫层的小，且零位移区的范围几乎没发生变化。
以上情况说明：土工格栅能有效地调整碎石垫层的沉降影响范围及沉降量，土工格栅能有效地提高垫层刚度，在相同荷载作用下，加筋碎石垫层的沉降明显小于碎石垫层的沉降；加筋碎石垫层的竖向应力增量及其影响范围、沉降影响范围及沉降量均比碎石垫层的小，应力核心区和零位移区的范围也有所减小，但幅度较小。
