加筋黄土变形和强度特性的三轴试验研究

用三轴压缩试验方法研究了土工合成材料加筋黄土的应力—应变及强度特性,探讨了在各种不同加筋方式和围压下加筋机理。结果表明,加筋可以增加土体破坏时的轴向应变和土体的抗拉能力,减小土的侧向变形;试验结果发现,并不是加筋层数越多越有利于土体的稳定,而是表现为加筋土的强度与布筋位置和层间距有一定的关系;同时,分析和解释了未加筋土的变形破坏和筋材在土体剪切破坏过程中的阻裂机理。试验研究得出了在土体中部加筋是最经济合理的布筋方式。     

加筋黄土变形和强度特性的三轴试验研究

用三轴压缩试验方法研究了土工合成材料加筋黄土的应力-应变及强度特性，探讨了在各种不同加筋方式和围压下加筋机理。结果表明，加筋可以增加土体破坏时的轴向应变和土体的抗拉能力，减小土的侧向变形；试验结果发现，并不是加筋层数越多越有利于土体的稳定，而是表现为加筋土的强度与布筋位置和层间距有一定的关系；同时，分析和解释了未加筋土的变形破坏和筋材在土体剪切破坏过程中的阻裂机理。试验研究得出了在土体中部加筋是最经济合理的布筋方式。     

加筋尾矿砂的连续增强区

为研究土工织物增强尾矿砂结构的变形、破坏机理 ,室内进行了不同铺设层数下的三轴剪切试验。试验结果表明 :当仅铺设一层土工织物时 ,试件的变形、破坏特征和纯尾矿砂相似 ;随着土工织物铺设层数的增加 ,试件中均出现数个水平连续增强区域 ,抑制剪切变形的进一步发展。试件达到峰值强度后 ,仍有较高的承载能力。最后探讨了连续增强区对加筋土结构强度增长的影响     

循环荷载下加筋砾性土填料的动三轴试验分析

为探究循环动载作用下加筋砾性土填料的动力特性,在不同加筋层数和围压下对加筋砾性土进行了固结不排水动三轴试验,研究加筋层数和围压对加筋砾性土动力特性的影响,并进一步分析了加筋砾性土轴向累积应变发展机制。研究表明:加筋层数增加时,轴向累积应变减小,回弹模量增大,且加筋作用的影响幅度逐渐衰减;增大围压时,土体轴向累积应变减小,回弹模量和动孔压均随之增大;随着加筋层数和振次的增加,滞回曲线逐渐向应力轴靠近,滞回圈面积逐渐减小,土体耗能作用减弱。基于安定理论和间接影响带理论,揭示了加筋作用对轴向累积应变发展的影响机制。建立了能够反映加筋层数的加筋砾性土轴向累积应变预测模型,其条件参数a、b、g与加筋层数呈线性关系,可有效预测循环荷载下加筋砾性土路基沉降变形规律。     

土工格栅加筋掺砂黄土工程性质试验研究

为了寻找实用而有效的方法来降低用黄土填筑的桥头路堤沉降并提高其强度以避免桥头跳车,提出了在黄土中掺砂、用土工格栅加筋或两种方法同时采用的建议。为了研究这些建议的可行性,采用室内回弹模量试验和无侧限抗压试验分别研究了土工格栅加筋黄土和加筋掺砂黄土的变形和强度特性。对黄土和掺砂黄土分别完成了压实度为88%、92%和96%,加筋层数为0~5层组合工况下多组试样的回弹模量和无侧限抗压试验,对试验结果进行了详细的对比分析,得到以下结论：（1）掺砂和土工格栅加筋都可以明显提高黄土的回弹模量,两种方法同时使用效果更佳;（2）不管有无土工格栅加筋,掺砂都能使黄土强度大幅度提高,尤其在小应变下其提高的幅度更大;（3）在压实度不变而加筋层数增多时,或加筋层数不变而压实度下降时,土工格栅加筋掺砂黄土的应力-应变曲线由应变软化型逐渐向应变硬化型转变;（4）加筋掺砂黄土存在筋-土强度合理匹配问题,压实度高时应布置较密的加筋层,以使二者变形协调,从而实现加筋掺砂黄土强度的最大化。     

土工格栅加筋砂土地基大模型动载试验研究

为了研究土工格栅加筋砂土地基在动力荷载作用下的受力变形特性,利用自行设计的300 cm×160 cm×200 cm（长×宽×高）大比例地基模型试验装置,分别针对纯砂地基、土工格栅加筋地基进行了静动荷载破坏试验。分析地基承载力及基础沉降、地基土压力、动力加速度响应、土工格栅应变等参数变化规律,揭示了动力荷载作用下加筋砂土地基的承载力和变形特征,并对比分析静、动荷载对加筋地基承载性能的影响。试验结果表明,与纯砂地基相比,格栅单层加筋地基的承载力提高1.12倍,地基基础中轴线处沉降量减少24%,加筋土体的抗变形能力得到很大提高;加筋作用改变了地基的破坏模式,动载作用下纯砂地基为冲剪破坏而加筋地基为整体剪切破坏;筋材的存在对地基土压力及加速度峰值分别有明显的扩散作用和衰减作用,可有效降低在动力载荷下筋土的瞬态变形。     

土工格栅加筋珊瑚砂的强度及变形特性试验研究

珊瑚岛礁钙质砂作为海洋工程建设的主要原材料,具有碳酸钙含量高、多孔隙、颗粒易破碎等特征。为了进一步提高海洋工程建设中岩土构筑物的强度及稳定性,采用土工格栅加筋珊瑚砂是一种潜在的有效手段。通过一系列的室内三轴压缩试验,探究土工格栅加筋层数、初始含水率、围压等因素对加筋珊瑚砂强度及变形特性的影响。研究发现：格栅加筋能够明显地改善珊瑚砂的力学性能,随着格栅层数的增加,加筋珊瑚砂整体的强度逐渐上升,偏应力-应变关系总体呈现硬化趋势,侧向的鼓胀变形得到明显改善;似黏聚力随着格栅层数增加近似呈线性递增,内摩擦角轻微降低;随着初始含水率的增加,格栅加筋珊瑚砂的强度呈轻微衰减趋势,似黏聚力变化不大,但内摩擦角相比干砂最大下降了约4°;三轴应力状态下的格栅加筋珊瑚砂颗粒破碎受围压影响较大,低于400k Pa围压下的相对破碎率主要在3%以内。此外,基于格栅与珊瑚砂相互作用特征,考虑并计算得到格栅产生的侧向与轴向附加应力,研究结果进一步丰富了对格栅加筋珊瑚砂机制的认识。     

泊松比对岩样破坏模式及全部变形特征的影响

利用编写的计算岩样全部变形特征的FISH函数, 采用FLAC模拟了泊松比不同时单缺陷岩石试样的破坏及全部变形特征。在峰前及峰后, 本构模型分别取为线弹性模型及莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型。高泊松比使岩样发生由单一剪切破坏向复杂破坏转变、破坏区域的面积增加、剪切带倾角降低, Coulomb、Roscoe及Arthur理论对此无法解释。不同泊松比时计算得到的峰前应力-轴向应变曲线、应力-侧向应变曲线、侧向应变-轴向应变曲线、体积应变-轴向应变曲线的线性阶段与平面应变压缩条件下的线弹性解吻合。若泊松比超过1/3, 通过计算得到的平面应变压缩泊松比可大于0.5, 这被数值模拟确认。泊松比的增加使峰后的侧向应变-轴向应变曲线、体积应变-轴向应变曲线、计算得到的泊松比-轴向应变曲线变得不陡峭, 使峰后的应力-侧向应变曲线变得陡峭, 使破坏的前兆变得不明显。      

弹性模量对岩样破坏前兆及全部变形特征的影响

利用FLAC内嵌语言编制的计算平面应变压缩岩样轴向、侧向、体积应变及泊松比的FISH函数,计算了弹性模量不同时单缺陷岩样的全部变形特征,研究了弹性模量对岩样的破坏过程及前兆的影响。在峰前及峰后,岩石的本构模型分别取为线弹性模型及莫尔-库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型。当弹性模量不是较高时,岩样自始至终仅出现一条倾斜的剪切带。当弹模较高时,最终剪切应变仅强烈集中于贯通岩样的剪切带内部。剪切带倾角在Arthur与Coulomb倾角之间,且随弹模的增加而降低,经典理论对此不能解释。随着弹模的增加,峰值应力增加,峰前的应力-轴向应变曲线变得陡峭,峰后的应力-轴向应变曲线的斜率几乎不变。随着弹模的增加,峰值强度所对应的轴向应变及侧向应变的大小均降低;应力-侧向应变曲线软化段变得陡峭。随着弹模的降低,侧向应变-轴向应变曲线、泊松比-轴向应变曲线及体积应变-轴向应变曲线在峰前发生转折（偏离线性状态）的程度越来越大;非弹性轴向应变增加;材料缺陷附近的最大剪切应变增量增加。岩样破坏的前兆随着弹性模量的降低而逐渐增强。     

加载速度对岩样全部变形特征的影响

利用编制的计算平面应变压缩岩样轴向、侧向、体积应变及泊松比的FISH函数,采用FLAC模拟了加载速度对剪切带图案及岩样全部变形特征的影响。在峰前及峰后,本构模型分别取为线弹性及莫尔-库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型。加载速度较低及适中时,岩样发生单剪切破坏,剪切带倾角及宽度不受加载速度影响,应力-轴向应变曲线及应力与侧向应变曲线软化段的斜率不依赖于加载速度;高加载速度使岩样发生X型剪切破坏,两种曲线软化段较平缓;在相同的轴向应变时,高加载速度使剪切带长度降低。随着加载速度的增加,岩样失稳破坏的前兆越来越明显,当加载速度较高时,前兆反而不明显,这是由于应力存在较大的波动,导致不正确地估计了应力峰值所对应的轴向应变。在应变软化阶段,高加载速度使侧向应变与轴向应变曲线、泊松比与轴向应变曲线及体积应变与轴向应变曲线变平缓,也使体积应变与轴向应变曲线的峰值及对应的轴向应变增加。     

Numerical Study of Behavior of Circular Footing on Geogrid-Reinforced Sand Under Static and Dynamic Loading

A series of axi-symmetry models using finite element analyses were performed to investigate the behavior of circular footings over reinforced sand under static and dynamic loading. Geogrid was modeled as an elastic element and the soil was modeled using hardening soil model which use an elasto-plastic hyperbolic stress–strain relation. Several parameters including number of geogrid layers, depth to the first geogrid layer, spacing between layers and load amplitude of dynamic loading are selected in this paper to investigate the influence of these parameters on the performance of reinforced systems under both static and dynamic loads. The numerical studies demonstrated that the presence of geogrid in sand makes the relationship between contact pressure and settlement of reinforced system nearly linear until reaching the failure stage. The rate of footing settlement decreases as the number of loading cycles increases and the optimum values of the depth of first geogrid layer and spacing between layers is found 20% of the footing diameter. Some significant observations on the performance of footing-geogrid systems with change of the values of parametric study are presented in this paper.     

土工格栅加筋砂土的变形与破坏机理解析

利用可考虑局部破坏的非线性弹塑性有限元，对无加筋和加筋砂土的平面应变压缩试验结果进行了从小变形到破坏的全过程数值解析。加筋砂土试验体用土工格栅分6层和11层进行加筋加固。将等价二维有限元解析所得到的解析结果与试验得到的实测值进行了较为伞面的比较，结果表明：合理的二维非线性弹塑性有限元解析，不仅可以较为精确的模拟加筋砂土的平均心力-应变特性，而且还可以全面地调查试验体的局部应力-应变分布以及剪切破坏发生状况，从而，对加筋砂土的变彤破坏以及加筋材的加州机理有一个更加全面合理的认识。     

三明治形加筋土筋-土界面动力剪切特性

三明治形加筋土是一种在黏土中加入加筋砂层形成的混合填料形式的新型加筋土。为了研究不同条件下三明治形加筋土筋-土界面的动力剪切特性,采用大型直剪仪对三明治形加筋土进行了一系列循环剪切试验,研究了不同薄砂层厚度、循环剪切幅值和竖向应力对界面剪切特性的影响。试验结果表明：筋-土界面的剪应力峰值随着循环次数的增加而增加,循环周次为10时,薄砂层厚度为5、6、7、8、9 mm的条件下,筋-土界面的剪应力峰值分别为24.84、27.4、27.94、26.33、24.68 kPa,表明薄砂层厚度为7 mm时,筋-土界面在循环剪切阶段的峰值剪应力最大;剪切幅值越大,界面循环剪切的最终剪缩量越大,同一循环次数对应的剪切刚度和阻尼比越小;在不同竖向应力下,界面在循环剪切过程中都发生了循环剪切硬化现象,循环周次为10时,竖向应力为30、60、90 kPa的条件下,筋-土界面的剪应力峰值分别为20.4、25.14、32.96 kPa,表明剪应力峰值随竖向应力的增大而增大,同一循环次数对应的剪切刚度也随竖向应力的增大而增大。     

双向土工格栅加筋土回弹模量试验研究

利用双向土工格栅对源自强风化红砂岩的粉砂土进行加筋,对压实度分别为90 %,95 %,100 %以及加筋层数分别为0,1,2,3,5的数组土样完成了室内回弹模量试验工作。总结并分析了双向土工格栅加筋层的布设位置、加筋层数、土的压实度等对回弹模量的影响规律。试验结果表明,在合适的加筋方式和加筋层数以及较高的压实度下,可以获得较高的回弹模量。这表明利用双向土工格栅加筋技术实现公路桥台台背与桥头路堤间刚柔的平顺过渡,从而达到控制桥头跳车的目的是可能的。     

考虑渗流影响的盾构出洞灾害机制研究

对盾构出洞口涌水、涌砂灾害问题作了分析,建立了地下水绕加固土体下卧层及井壁间隙渗流计算模型,利用半承压含水层渗流理论对一算例进行研究,结果表明,假定在井外加固土体完全隔水情况下,洞门涌土灾害的发生与否受到土体加固范围、井外地下水位及井壁间隙宽度等因素影响;土体加固长度的增加对工程安全有利,但成本较高;土体加固深度应根据具体工况经计算后确定,过深并不合理;井壁与加固土体之间的间隙控制也是工程安全进行的关键。各因素相互制约,需综合考虑工程安全性、经济性和工期等来确定合理的施工参数。     

沙漠公路风沙土路基风蚀破坏试验研究

以沙漠公路风沙土路基为研究对象,通过室内风蚀风洞试验研究路基的风蚀破坏规律,以及路基不同断面对风沙流运动的影响。以路基高度、路基边坡坡率和路基宽度作为路基断面主要设计参数,研究不同路基断面下风沙流扰动、增速、减速、恢复的过程,以及路基周围风速流场的变化特征,分析路基病害较未病害时路基周围流场的变化。试验结果表明：路基高度和边坡坡率对风沙流运动的影响较大。随路基高度增加,路基对风沙流流场扰动增强,迎风坡坡顶处吹蚀破坏和背风坡坡底处堆蚀破坏越显著,在确定的路基边坡坡率下,路基模型高度为250 mm较模型高度为60 mm时,迎风坡坡顶风速增加1.13倍,背风坡坡底风速减小2.53倍,建议沙漠公路路基高度宜小于2.5 m。进一步,在确定的路基高度下,比较不同的边坡坡率对路基沿程风速的影响,发现当路基边坡坡率为1:1.75时,路基沿程风速变化不明显,沙漠公路风沙土路基不宜被风蚀破坏。     

Capturing strain localization in reinforced soils

Lade’s single hardening soil model with Cosserat rotation embodied in the finite element method is employed to investigate the behavior of geosynthetic reinforced soils with special attention to the development of shear banding. The ability of the finite element model to detect shear banding in a reinforced soil is examined against three high quality small-scale laboratory plane strain tests on Toyoura sand with and without reinforcement. These three tests were chosen because of the clear failure surfaces that developed in the soil during loading. The FEM analyses were able to reasonably simulate the plane strain laboratory tests including both unreinforced and reinforced cases. The FEM analyses gave reasonably good agreement with the experimental results in terms of global stress–strain relationships and shear band occurrences. Furthermore, and based on FE analyses of a hypothetical geosynthetic reinforced soil (GRS) retaining wall, it is shown that the geosynthetic reinforcements are very effective in hindering the formation of shear bands in GRS retaining walls when small spacing between the reinforcement layers was used. When used properly, the geosynthetic reinforcements made the soil behave as a truly reinforced mass of considerable stiffness and strength.     

H-V加筋饱和砂土性状的三轴试验研究

进行了H-V（水平-竖向）加筋饱和砂土固结不排水三轴试验。加筋材料采用镀锌铁皮和有机玻璃两种不同材料,在不同竖筋高度、不同围压下共进行了44组试验,研究了加筋饱和砂土的应力-应变关系、孔压-应变关系、强度特性及破坏形态,探讨了不同加筋高度、不同围压及不同筋材对加筋饱和砂土强度的影响,同时比较了立体加筋与土工格室加筋的异同,对饱和紧砂的空化现象及其影响进行了分析。试验结果表明,相对于无筋土及传统的水平加筋土而言,其抗剪强度均有大幅度提高;尤其是镀锌铁皮加筋,不仅提高了饱和砂土的有效黏聚力,也提高了有效内摩擦角,同时改善了砂土的延性。     

Pressure–settlement characteristics of rectangular footings on reinforced sand

A method has been proposed to obtain the pressure–settlement characteristics of rectangular footings resting on reinforced sand based on constitutive laws of soils. The confining effect of the reinforcement provided in the soil at different layers has been incorporated in the analysis by considering the equivalent stresses generated due to friction at the soil– reinforcement interface. The prerequisite of the method is the value of ultimate bearing capacity, which can be obtained from the approaches already available in literature. The value of settlement may be read directly from pressure–settlement curves for the given pressure intensity. Therefore, the rectangular footing resting on reinforced sand can be proportioned satisfying shear failure and settlement criteria.