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.     

土工格栅加筋土高挡墙的现场试验研究

通过对3个不同土工格栅加筋土高挡墙的现场试验,研究土工格栅加筋土高挡墙的墙底压力、筋材变形及破裂面。研究结果表明：墙底压力的分布存在单峰现象,且墙底压力实测值大于γ.H;筋材变形沿横断面的分布出现双峰现象,墙面附近出现峰值主要是受施工工艺和墙面侧向约束的影响;随着填料填筑高度的增加,筋材变形不断增大,工后观测阶段筋材变形值在一段时间内逐渐减小,即从筋材被拉断这一破坏形式上分析,设计的最不利工况发生在施工阶段末期;对应筋材变形出现的双峰值得出挡墙的2条实测破裂面,破裂面1靠近墙面,不代表主动土压力破裂面,破裂面2代表主动土压力破裂面。因此,建议墙底压力的设计安全储备应提高,筋材的设计要考虑施工工艺和墙面侧向约束的影响。     

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。     

格栅加筋黏性土挡墙黏弹塑性有限元分析

研究目的：针对格栅加筋黏性土挡墙，采用5元件西原流变模型和黏弹性模型分别考虑黏性回填土与筋材的流变特性，通过合理考虑筋材、填土与面板间的相互作用效应和加筋逐层填筑过程，编写了分析加筋黏性土挡墙工作性能的二维有限元数值程序，并以Denver黏性土试验挡墙为例，对加筋黏性土挡墙长期工作性能进行评价。研究结论：有限元数值模拟结果与实测值吻合较好；挡墙面板侧向变形及试验墙顶部沉降受土体和筋材的蠕变特性影响明显；筋材应力在开始阶段变化明显，且有不同程度的增加，随着载荷持续时间的增加，筋材应力开始变小，筋材处于应力松弛状态。     

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。     

竹筋格栅加筋山区挖填路基 受力变形研究

利用我国西部山区的竹材作为挖填路基的加筋材料,对湘西楠竹筋材的抗拉、抗弯强度进行测试,并与传统加筋材料的力学性能进行比对;基于Pasternak模型对挖填路基进行简化,对竹材加筋挖填路基抗弯变形性能展开研究;利用FLAC3D有限差分软件建立加筋挖填路基三维模型,就加竹筋格栅、加土工格栅及不加筋3种工况下的路基顶面差异沉降进行对比分析。研究结果表明:竹材能满足规范对筋材力学性能的要求;竹筋格栅加筋能有效减少路基顶面差异沉降,且其加筋效果优于土工格栅。研究成果可为控制挖填路基填挖结合部差异沉降提供技术支撑,为挖填路基的设计、施工提供参考。     

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。     

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%。     

风积沙—土工格栅界面特性离散元研究

风积沙作为路基基床底层填料,已应用于沙漠铁路建设中,但国内外鲜有针对风积沙-土工格栅加筋结构的研究。为了研究风积沙-土工格栅界面宏细观特性演化过程及筋材的力学特性,基于三维空间模型,对土工格栅加筋风积沙拉拔试验展开数值模拟,并与室内试验对比分析。通过观测试样状态,分析拉拔阻力、格栅分段应变、配位数、局部孔隙率、应力链演化、组构各向异性演化等宏细观特性。研究结果表明：采用抗转动接触模型模拟风积沙颗粒间接触,所得拉拔力—拉拔位移曲线比较平顺,相比之前的研究更接近实际情况。拉拔结束后,越靠近拉拔端,格栅应变越大,格栅后端几乎没有应变。在筋土界面内,配位数明显降低,孔隙率明显升高,呈负相关,在界面外,两者变化则不明显。剪切带整体厚度为模拟颗粒中值粒径的4.93～5.79倍,界面内发生的剪胀程度不同,上界面剪切带厚度大于下界面剪切带厚度。上覆荷载对剪切带的分布有明显影响,当法向压力低于30 kPa,随着法向压力的上升,剪切带上下界面的不对称性减弱,最大平均水平位移和剪切带整体厚度迅速减小。当法向压力在30～90 kPa内,随着法向压力的上升,上下界面剪切带厚度差值、最大平均水平位移逐渐减小,剪切...     

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。     

高速铁路螺杆桩复合地基桩侧摩阻力原位试验研究

结合太焦高速铁路螺杆桩复合地基工程,开展螺杆桩复合地基桩侧摩阻力原位测试试验,通过分析获得的螺杆桩单桩静荷载-桩顶沉降曲线以及桩身内力分布曲线,研究高速铁路复合地基中螺杆桩侧摩阻力演化规律及螺杆桩的荷载传递过程。结果表明:螺杆桩-土接触面荷载传递过程可划分为弹性、弹塑性和极限状态3个阶段,弹性阶段桩侧摩阻力比小于等于0.5,弹塑性阶段桩侧摩阻力比为0.5~0.7,极限状态阶段桩侧摩阻力比为0.7~1.0;螺杆桩直杆段和螺纹段侧摩阻力演化规律为,在弹性阶段螺纹段侧摩阻力小于直杆段侧摩阻力,在弹塑性阶段螺纹段侧摩阻力接近直杆段侧摩阻力,在极限状态阶段螺纹段侧摩阻力大于直杆段侧摩阻力。     

预应力锚索抗滑桩优化设计及应用

为研究预应力锚索抗滑桩的设计计算过程和对受力分布的优化,基于弹性地基梁理论,按照桩与锚索变形协调的原理,分阶段进行锚索抗滑桩的变形与内力的计算分析。结合锚索抗滑桩设计计算实例,编制程序验证该设计计算理论的合理性。从设置锚索前后桩身内力与变位计算结果可以看出:在其他条件相同的情况下,锚索桩与普通桩相比,桩身内力分布更加均衡,受力状态得到明显的改善。在这种情况下,桩的截面尺寸与锚固长度大大减少,从而达到减少工程量和降低工程造价的目的。     

差异沉降对加筋土挡墙筋带内力与变形的影响

采用正交设计进行加筋土挡墙缩尺模型试验。通过对筋带延伸率、筋带密度、筋带与面板连接方式三个可变因素的二水平4组试验,研究墙后填土与墙面板之间的差异沉降对筋带变形的影响。结果表明,差异沉降导致筋带不再保持原来的水平位置,其竖向变形可以用指数曲线描述。应用弹性薄膜理论与筋土相互作用耦合方程对筋带变形及内力进行的分析表明,差异沉降导致的筋带应变由水平位移和竖向挠度共同引起,该应变比常规设计中筋带应变大,将导致筋带受力条件恶化,挡墙安全度降低。     

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。     

基于遍布节理模型的顺层边坡稳定性影响因素分析

在应力作用下,层状岩体表现出相对于均质各向同性的岩体更为复杂的力学行为,针对该种岩层采用目前广泛使用的各向同性本构模型在受力行为及变形破坏的机理上会造成较大的误差,以成都至兰州高速铁路某隧道洞口段边坡工程为研究背景,采用FLAC~(3D)自带遍布节理模型(ubiquitous-joint模型)描述层状岩体的各向异性特征,对岩体及节理面的稳定性影响参数进行强度折减并分析其与边坡安全系数的关系。结果表明:边坡的整体安全系数F随节理面倾角呈先减小后增大再减小的趋势;岩体与节理面的黏聚力、内摩擦角的相对值大小影响边坡安全系数的变化规律,而与绝对值大小无关,并且均在安全系数最低的30°倾角表现更高的敏感性,层状岩体的剪胀性对边坡安全系数的影响与节理模型的范围和岩体与节理面的内摩擦角相对值有关。     

潮汕车站软土地基桩网复合地基试验研究

桩-网复合地基是近年发展起来的一种处理软土地基的有效方法,由桩、网和桩间土共同承担上部荷载,其作用机理复杂。通过潮汕车站试验段中桩-网复合地基处理段进行的路基现场试验,对桩-网复合地基中基底土压力、桩和土的沉降及地基侧向位移等进行观测测试,分析了桩土应力分担比的变化过程、沉降及侧向位移规律,有助于桩-网复合地基各组成部分的承载机理和应力传递机理的深入研究。     

加筋土桥台筋带最大拉力试验研究

通过室内大比例模型试验,研究自重作用下加筋土桥台的最大筋带拉力的变化规律。加筋土桥台最大筋带拉力作用线的上部是离面板约为墙高0.2倍左右距离的垂直顶面的直线,下部渐渐向面板靠拢,近似为一条以面板顶点为极点的对数螺旋线。最大筋带拉力上部(垂线段)较大,下部渐小。基于试验结果与现场实测结果,提出最大筋带拉力与对应最大筋带拉力作用线距面板的水平距离成正比的计算模型。与其他理论及实验结果的比较表明,该计算模型对最大筋带拉力的预测能有效地反映刚性面板影响,能更准确地预测实际的最大筋带拉力,其预测值与实测结果的误差只有14%,而其他理论预测值与实测结果的误差均大于50%。     

锚固结构荷载传递机理离散元模拟研究

研究目的:岩土锚固技术是岩土工程领域的重要分支,被广泛应用于土木、矿山、水电等工程领域,但关于锚固结构荷载传递机理的细观力学研究相对较少。本文依据现场试验,通过建立锚杆拉拔试验颗粒流数值模型,探讨不同荷载作用下轴力、锚固界面剪应力分布特征以及周边岩土体的细观力学特性。研究结论:(1)建立了锚杆张拉试验颗粒流数值模型,通过将计算结果与试验数据进行对比,验证了模型的合理性与有效性;(2)分析了锚固结构的荷载传递机理,其界面剪应力沿锚杆方向的分布是不均匀的:在弹黏性阶段,锚固界面剪应力以及轴力分布均为单调递减曲线;在弹塑性阶段,界面剪应力峰值点大致位于弹塑性变形区和弹黏性变形区的分界位置,并且随着张拉荷载的逐渐增大,界面剪应力峰值不断增大,峰值点不断向远端推移;(3)无论是在重力作用下还是受到拉拔荷载时,锚孔周边岩土体的强力接触力和弱力接触力基本垂直,在受到拉拔荷载时,周边岩土体的颗粒会发生重排列,导致强力接触力与弱力接触力方向产生强烈偏转;(4)本文研究方法与结论可为类似锚固结构的设计与力学分析提供理论借鉴。     

铁路车辆盘形制动尖叫噪声的有限元分析

为降低铁路车辆盘形制动尖叫噪声,应用全模型直接复特征值分析方法研究制动系统的运动稳定性。使用NASTRAN有限元软件建立了包括制动盘、闸片、闸片托、制动杠杆和杠杆托等部件的全尺寸铁路车辆盘形制动系统有限元模型。在模型中,制动摩擦面间的法向力用线性弹簧力表示,摩擦力取为线性弹簧力与摩擦系数的乘积。应用Hess方法解有限元系统特征方程的特征根,根据特征根实部的正负,判断制动系统发生制动尖叫噪声的趋势。计算结果表明,摩擦系数、制动盘转动方向以及闸片托的厚度对制动尖叫噪声都会产生重要影响,可以通过优化制动系统闸片托的厚度来抑制制动尖叫噪声。     

京沪高速铁路CFG桩-筏复合地基现场试验研究

结合京沪高速铁路凤阳试验段工程,开展CFG桩+垫层+筏板处理地基试验。实测桩-筏复合地基沉降变形、桩顶应力、桩间土应力、筏板顶面土应力、钢筋应力及桩身应变;分析路基沉降变形、桩土应力比随填筑高度和固结时间的变化规律;获得地基面桩土应力分布、筏板顶面土应力分布、钢筋应力分布、桩身轴力和侧摩阻力分布;研究路堤荷载作用下CFG桩-筏复合地基的工作性状。研究成果有助于高速铁路桩-筏复合地基沉降控制、承载特性和应力传递机理的研究,并为京沪高速铁路及其它相关工程的桩-筏复合地基设计方法提供数据支持。