土工格栅与土体界面摩擦特性试验研究

土工格栅与土体界面摩擦特性指标是加筋土结构设计的关键。基于分析土工格栅与土体的界面摩擦形式,进行了一系列室内筋土界面拉拔试验和直剪摩擦试验,测试了两种试验条件的界面摩擦特性。试验结果表明:土工格栅与砂砾料接触面抗剪强度较高,而与粘土接触面抗剪强度很低。剪切速率对两种试验方法测得的界面摩擦特性指标有不同的影响。随着法向应力的增加或剪切速率的降低,筋土界面剪应力力峰值以及其对应的剪切位移增大。土工格栅的横肋对筋土界面特性具有重要贡献。随着填料压实度的提高,土工格栅加筋效果越明显。     

横肋间距对土工格栅拉拔特性影响试验研究

为了研究筋土界面之间复杂的相互作用机制,通过室内拉拔模型试验,研究不同横肋间距条件下高密度聚乙烯单向拉伸土工格栅的筋土界面作用特性,分析横肋间距和法向应力对筋土界面拉拔力的影响。结果表明:随着土工格栅横肋间距的增大,筋土界面的最大拉拔力和达到最大拉拔力所需的拉拔位移逐渐减小,且黏聚力和摩擦角也呈减小的趋势;当土工格栅横肋间距较小时拉拔曲线呈现出应变硬化的特征,随着横肋间距的增加,拉拔曲线由应变硬化向应变软化转化;当土工格栅的横肋间距一定时,筋土界面的最大拉拔力随着施加法向应力的增加而逐渐增大;筋土界面的摩擦系数随横肋间距和法向应力的增加而逐渐减小;横肋端承阻力在拉拔力中起着主导作用,且在高应力作用下横肋加筋的效果更为显著,横肋端承阻力对筋土界面最大拉拔力的贡献接近占90%。     

土工格栅拉拔试验与离散元数值模拟研究进展

为深入研究土工格栅的加筋机理,基于前人的研究成果,阐述拉拔试验中影响土工格栅与筋土界面特性的因素,介绍土工格栅和土体离散元建模以及拉拔荷载下筋土相互作用的可视化和量化分析结果,并提出有待深入研究的方向。研究表明:在试验研究方面,研究人员多采用传统试验方法,从试验边界条件、土工合成材料类型、土料类型及参数、加载条件等方面较为系统地研究各因素对筋土相互作用的影响;随着测试技术的发展,新型试验仪器可有效弥补传统测试方法的不足,并实现筋土界面作用分析的可视化。此外,离散元数值模拟是试验研究的重要补充,大量模拟结果可从细观层面更为深入地阐述筋土界面的作用机理。     

土工格栅加筋橡胶碎石混合料大型三轴试验研究

为研究土工格栅加筋橡胶碎石混合料的力学特性与变形控制作用机理,基于大尺寸三轴试验,分析3种橡胶掺量碎石混合料在不同加筋形式下的应力-应变关系曲线、体变-轴向应变关系曲线,研究土工格栅竖向间距、筋材层数对其力学响应与变形特性的影响规律,并对试验结果进行拟合分析。研究结果表明,合理的土工格栅布置形式能有效提升橡胶碎石混合料峰值应力并抑制其发生剪胀变形。试验中5种双层加筋的最优竖向间距为d=150 mm。土工格栅的加筋效果在达到一定轴向应变后才能得以体现,且随着试样中橡胶掺量的增加,此轴向应变值逐渐增大。3种橡胶掺量碎石混合料均随着土工格栅加筋层数的增多,加筋效果显著提升,同时加筋层数相同的试样,其剪切破坏形态基本一致。随着橡胶掺量的增加,试样的剪切破坏模式由应变软化型逐渐过渡为应变硬化型,同时土工格栅的加入也增加了试样的延性。基于邓肯-张双曲线模型,增加拟合参数ψ,修正了能够描述橡胶碎石混合料的应力-应变特征的预测公式,并验证了该公式的合理性。研究成果可为橡胶碎石混合料的实际应用提供一定的理论基础。     

加筋宽度与间距对膨胀土特性影响研究

为研究挡土墙背后加筋宽度与间距对膨胀土特性的影响,以广西南宁三塘地区膨胀土为填料,铺设土工格栅形成膨胀加筋土,制作挡土墙模型,进行不同加筋宽度与间距的模型试验,研究侧向压力与膨胀变形在不同加筋宽度和间距下的变化规律.试验结果表明:纯膨胀土的渗透性很小,加筋后,土工格栅有导水作用,增加了排水通道,能在短时间排出水分,停止注水后土的体积含水率骤降,侧向压力大幅度减小;膨胀土吸水膨胀后,土工格栅与膨胀土之间存在界面摩擦力,导致土工格栅被拉紧,应变增加,同时限制膨胀土的膨胀;随着加筋密度与宽度的增加,膨胀土的膨胀变形与侧向压力减小,减小加筋间距提升的限制效果比增加加筋宽度更加明显.     

土与土工格栅相互作用的模型试验研究

加筋土工程(如加筋挡土墙、加筋地基、加筋路堤)是目前岩土工程界研究的重点领域之一。在加筋结构理论研究中,对计算设计方法影响最突出的因素之一是土与土工合成材料的相互作用。采用大尺寸拉拔模型研究土工格栅与填料之间的相互作用,建立了拉拔力与变形、材料上层覆压之间的关系,结果表明：在土工格栅与土的相互作用中,可以用双曲线函数来描述土工格栅受到的拉力与变形的相关关系;格栅受到的极限抗拔力与上覆压力成线性关系,而初始拉拔模量与上覆压力成幂函数关系,这些结论为相关理论分析和设计计算提供了依据。     

加筋挡土墙力学特性的模型试验研究

由于加筋挡土墙填土与加筋带之间的摩擦特性和界面剪应力复杂,通过模型试验对其进行研究,可以为加筋挡土墙的稳定性计算分析提供试验依据和参考。在不同上覆压力和填土密度条件下,对不同长度加筋带进行了拉拔模型试验,分析得到了加筋带的受力和变形规律、加筋带与填土之间的摩擦特性。研究表明,随着上覆压力的增大,筋带破坏时的极限拉拔力增加,破坏形式由滑动破坏转变为断裂破坏,填土的固结作用使填土对加筋带的摩阻作用增强,并通过试验合理确定了考虑握裹力影响的综合似摩擦系数的表达形式。     

高速铁路桩网复合地基加筋垫层刺入变形研究

设计了能够准确反映桩网复合地基各部位受力变形特性的室内缩尺模型试验,研究了桩网复合地基加筋网垫的荷载传递规律及土工格栅受力及应变特点。通过试验发现,桩头上穿的影响范围为桩径的2.5倍,且格栅应变呈现"M"形分布。应用压力分布传感器探明了加筋垫层和桩-土接触界面的压力分布,从而深化了对桩网复合地基加筋垫层受力变形和荷载传递规律的认识,为现有理论及计算方法的优化提供了数据支撑。     

土工格栅在青藏铁路路基工程中的应用

通过对加筋路堤与未加筋路堤水平位移变化特征的比较分析 ,介绍土工格栅在青藏铁路路基工程中纵向裂缝防治中的应用 ,并对土工格栅在多年冻土区铁路工程中应用的效果进行初步评价     

高速铁路土工格栅加筋膨胀土边坡作用机制

土工格栅加筋处治是解决膨胀土边坡问题的关键技术。为深入研究格栅与膨胀土相互作用机制,依托南宁铁路改柳南线工程,开展加筋设计及格栅抗拔稳定性计算。将考虑膨胀土侧向膨胀影响及格栅反包约束作用的设计方案应用于实际工程中,并通过预埋设的监测元件,对自然降雨-蒸发气候下加筋边坡的含水率、应力、位移及格栅应变的变化特征进行长期监测。研究结果表明：在考虑侧向膨胀及格栅约束的影响下,土工格栅的抗拔稳定安全系数仍满足规范要求。基于监测数据发现,受大气环境影响,体积含水率的波动幅度由浅至深逐渐减弱;格栅应变变化趋势与土体应力变化趋势基本一致,随季节性干湿气候呈“波浪”式变化;靠近坡面土体受大气干湿循环的影响更为显著,对降雨入渗敏感,其土工格栅应变变化迅速,峰值出现时间早;格栅应变峰值远小于格栅允许拉应变,且边坡累积水平位移量较小,表明加筋边坡滑移破坏风险较低;在降雨过程中,格栅对边坡土体施加弹性约束,允许坡面发生一定程度的膨胀,释放坡体因增湿产生的膨胀势,从而避免边坡因侧向应力增大形成渐进式滑坡,体现了土工格栅加筋膨胀土边坡“以柔治胀”的作用机制。研究成果可为高速铁路膨胀土边坡的土工格栅加筋设计与施工提供...     

多级加筋土高挡墙的工程特性及影响因素

通过8级加筋土高挡墙工程的现场原位监测,研究多级加筋土高挡墙后土体垂直土压力、墙背侧向土压力以及土工格栅筋材应变分布规律。结果表明:墙后垂直土压力、墙背侧向土压力和筋材应变均与填土高度成正比。墙后垂直土压力沿筋材方向呈非线性分布,最大值均靠近筋材中后部;墙背侧向土压力的增长速率随填土高度的增加而逐渐减小;土工格栅筋材沿筋长方向的应变非常小,且大部分呈双峰值分布,第1个峰值靠近墙面板,第2个峰值远离墙面板。运用PLAXIS2D软件进行多级加筋土高挡墙施工过程的数值模拟,研究筋材长度、间距及填料的内摩擦角对多级加筋土高挡墙水平变形特性的影响。结果表明,筋材的长度和间距对高挡墙水平变形的影响比较显著。     

一种基于分区段模式土工加筋拉伸应变分析方法

桩承式加筋路堤在软土地基道路工程中的应用越来越广泛,在对该复合体系中的水平土工加筋进行等效兜提作用的薄膜效应评价时,传统研究方法主要存在2点不足:一是在进行加筋体受力分析时对筋材的区段工作模式的区分还不够明确,这不利于定量刻画筋层的拉伸应变分布和大小及其受挠曲形态变化的影响;二是多数加筋拉应变分析方法以基于筋材净跨挠曲范围内的应变均值化为前提,容易错误估计其荷载调配作用而得不到合理的加筋拉应变峰值设计取值.为更好地评判水平加筋体的薄膜效应以便得到其合理的拉伸应变,开展以水袋泄水模拟路堤底局部沉降差的模型试验,进行路堤应力、位移与筋材拉应变等监测结果的变化规律分析,并基于水平铺设的土工加筋区分为锚固段、过渡段与挠曲段工作模式的拉应变非均匀分布特性,引入加筋体与填料的接触界面摩擦强度指标,推导了一种二维理想条件下路堤底通长布置的加筋体拉伸应变分析方法,且给出了简化的计算表达公式,并得到了实测数据的合理性验证.研究结果表明,所提方法可改进传统方法以拉应变为常数值假定的局限,并适当考虑土工加筋与填料界面接触相互作用,为相关的研究与工程应用提供参考.     

土工格室加筋土强度特性研究

为了探明土工格室加筋土的补强机理,为其合理的工程设计和应用提供理论上的依据,通过三轴剪切试验对土工格室加筋土的强度特性进行了研究,并与筋材平铺加筋土的强度特性作比较。试验结果分析表明,用土工格室作为加筋材料,可以显著提高土体的抗剪强度,且其抗剪强度高于筋材平铺加筋土;加筋方式、加筋密度等对应力—应变曲线形状影响较大;要使土工格室加筋土强度得以充分发挥,需要较大的应变;在加筋率相同且格室平面尺寸也相同的条件下,土工格室高度较小的多层土工格室,其加筋土(复合体)的抗剪强度有所增大、整体性将会增强。     

砂土-混凝土接触面剪切带细观变形特征的试验研究

接触面剪切带的细观变形特征是研究结构物与土体相互作用的核心问题。为探明砂土-混凝土接触面剪切带变形特征,利用大型直剪仪开展砂土-混凝土接触面直剪试验,采用灌砂变形标记法实测砂土变形,依据标记线剪应变沿竖向的变化特征对砂土变形区域进行划分。在此基础上,研究粗糙度、法向应力和密实度对砂土-混凝土接触面剪切带细观变形特征的影响规律。研究结果表明：1)砂土可分为非剪切区、过渡区和应变集中区,应变集中区仅存在剪切面之上。2)规则型接触面的上剪切带厚度均值为33D₅₀,远大于下剪切带9D₅₀和“光滑”接触面剪切带厚度20.4D₅₀。3)密实度对剪切带及其过渡区厚度的影响微弱,而粗糙度对其影响显著;法向应力、密实度对应变集中区厚度影响有限,应变集中区厚度随粗糙度的增大近似线性增大;应变集中区长度随粗糙度的增大先增大后减小,随密实度的增大近似线性增大,随法向应力增大而减小。4)随剪切位移增大,上剪切带厚度不断增大而下剪切带厚度先增大后保持基本不变,应变集中区的长度增大,但剪切位移对应变集中区厚度的影响有限。5)获得归一化剪切带厚度取值h...     

加筋土筋材在拉伸荷载作用下的力学特性

通过拉伸试验,研究网格直径分别为2.2和2.7 mm的双绞合六边形金属格宾网、70RE和80RE土工格栅4种筋材拉伸力学性能.得出4种筋材的拉伸强度、最大负荷下伸长率等力学性能指标以及单位宽度拉伸力与伸长率的关系特征曲线.根据筋材实体工程中的受力特性,推导出筋材约束变形方程.结果表明,格宾网在发生钢丝断裂之后仍呈现出较强的抗拉性能,大直径格宾网体现出优越的力学性能;80RE土工格栅的力学性能优于70RE土工格栅;修正后的格宾网的单位宽度拉伸力与伸长率的关系曲线仍呈现弹性、屈服和强化3个阶段;在约束条件下,筋带的变形量与筋带的割线模量、应力水平、筋带在加筋体中主动区和稳定区的长度等因素有关.     

土工格栅加筋土挡墙地震响应分析

柔性网面土工格栅加筋土挡墙是一种新型支挡结构,其面墙为柔性钢筋网面,柔性网面与水平面成73°的坡面.通过大型的模型试验,研究了以红砂岩为填料在水平地震作用下柔性网面土工格栅加筋挡土墙的动力特性.输入地震波采用ELCE＿NS地震波和HACHI＿EW地震波,峰值分别为0.342g 和0.183g.试验得出了柔性网面土工格栅加筋挡土墙在不同峰值的水平地震激励下的第1层、第3层、第5层墙顶面处的水平加速度、竖向加速度、水平动位移、竖向动位移峰值响应和沿墙高方向动应力峰值响应.通过对柔性网面土工格栅加筋挡土墙的结构分析和抗震试验,可以得出柔性网面土工格栅加筋挡土墙为优良的抗震结构,这为柔性网面土工格栅加筋挡土墙的抗震设计提供依据.     

拉日铁路冻土路基边坡新型柔性加筋土防护试验研究

在拉萨至日喀则铁路冻土路基边坡防护设计中首次采用新型柔性加筋土边坡防护结构。通过对所选填料的室内颗粒分析、剪切试验,土工格栅的冻融循环试验、拉拔试验,及现场监测与分析,研究柔性加筋土的防护效果。结果表明:填料为粗粒土,属于A组填料,颗粒级配良好;高强聚酯经编土工格栅破坏时的应变10%,并且5%应变时的抗拉强度100 kN/m,强度和变形能满足使用要求;随法向应力的增大,界面剪应力峰值及其对应的拉拔位移均随着增大;角砾石嵌固作用好,在压实后变位相对困难,可优选角砾石作为加筋土边坡的填料;边坡最大沉降136 mm,发生在路肩,不会对加筋土护坡的稳定性和路基结构造成较大影响。实践证明,将高强聚酯经编土工格栅加筋土预制混凝土块防护结构,用于多年冻土地区路基边坡防护的设计与施工中切实可行,它在保护多年冻土和保证边坡本身的稳定性方面能够满足要求。     

塑料土工格栅加筋土抗拉拔特性试验研究

塑料土工格栅的加筋效果好于其它筋材的原因在于其表面结构特性,它与土之间不仅存在表面摩擦力,而且还存在着镶嵌咬合力,从而增强两者的相互联系,提高接触效率。通过筋材拉出行为试验,进行塑料土工格栅受拉时表面摩擦力分布特征的研究。提出将塑料土工格栅与土体之间摩擦应力的发展过程分为四个阶段的观点,即起始阶段、发展阶段、局部屈服和完全屈服阶段。指出在高围压或长埋深的情况下,筋材会出现拉断破坏,这时的摩擦应力至多经历前三个阶段,而不具备完整的四阶段应力发展模式。     

土工格栅加固膨胀土路堤边坡稳定性的试验分析

利用离心试验和数值模拟方法研究土工格栅加固膨胀土路堤边坡稳定性效果并给出设计参数。对不同加筋方案(竖直间距0.5、1 m)与不加筋的膨胀土路堤边坡位移的分析结果表明:(1)中心填高为10.9 m、坡率为1∶1.5的素膨胀土路堤边坡在自然状态下不稳定;(2)对于整体稳定性好,仅存在浅层破坏的膨胀土路堤,铺设长度为4 m,间距为0.6~0.8 m的土工格栅可保证路堤稳定性;(3)对于存在整体稳定性问题的路堤边坡,需加长土工格栅长度或采用通长配筋方法提高路堤边坡稳定性。土工格栅对膨胀土路堤边坡的稳定性提高有显著作用,是有效的措施。     

铁路新型整体刚性面板加筋土挡墙现场试验研究

以成昆铁路新型整体刚性面板加筋土挡墙为工程依托,通过现场原型试验,研究挡墙基底垂直应力、返包体背部水平和垂直土压力、不同层位土工格栅应变、墙体压缩量及墙面水平位移的变化规律。结果表明:基底垂直应力沿筋长呈双峰分布,靠近返包体处基底垂直应力随时间而减小,其余部位随时间而增大;返包体背部水平土压力、垂直土压力沿墙高方向呈非线性分布;格栅应变随时间呈双峰变化,且从墙体底层至顶层,变化速率逐渐增大;面板完成后,墙体压缩量增长速率明显减小,路中墙体压缩量大于路肩墙体压缩量;墙面总体水平位移小于1 mm;挡墙的抗震性能良好,发生5.1级和3.3级2次地震后,基底垂直应力最大增大4.9%,返包体背部水平土压力减小3.6%～20.0%,垂直土压力减小2.0%～7.9%,格栅应变、墙体压缩量和墙面水平位移均略有增大。