加肋土工膜衬垫系统稳定性分析

针对填埋场衬垫系统薄弱界面容易失稳,在加肋土工膜与砂土界面力学机制分析的基础上,改进了传统双楔体分析法,考虑了加肋土工膜肋块端部端承阻力对衬垫系统稳定性的影响,建立了加肋土工膜衬垫系统稳定性分析解析解。结合某实际工程初步设计,对加肋土工膜衬垫系统进行了稳定性分析,探讨了肋块形状、肋块高度和加肋间距对衬垫系统安全系数的影响。分析结果表明,该解析解能更好地计算加肋土工膜衬垫系统的安全系数。当加肋间距为20 mm时,肋块高度对安全系数的影响较大;当肋块高度一定时,安全系数随着加肋间距增加而逐渐减小;在加肋间距大于200 mm之后,加肋土工膜已接近光面土工膜的剪切特性。     

加肋土工膜与砂土界面中附加应力计算

土工膜与砂土界面力学特性直接影响着填埋场衬垫系统的稳定性。依据弹性力学和土力学的基本理论,推导出加肋土工膜与砂土界面附近砂土中附加应力解析解,得到相应的应力分布。分析结果表明,加肋土工膜与砂土界面中附加应力等值线以双曲线型拱、扩肩型拱和圆弧型拱这3种分布形态存在的,砂土中任意点附加应力分布形态只与肋块长度、肋块表面距离远近有关,与肋块所受端承阻应力无关;在相同条件下,条形肋块比块状肋块对砂土附加应力的影响大,条状加肋土工膜能更有效地提高界面的剪切性能;离肋块表面距离越远,砂土中附加应力值越小,当与肋块表面距离达到12 mm时,这时砂土中附加应力几乎为0,也即肋块对其附近砂土的影响范围为12 mm左右。     

加肋土工膜与砂土拉拔试验及界面细观分析

为了进一步研究加肋土工膜拉拔试验作用机制,通过室内拉拔试验和粒子图像测速(PIV)分析,研究不同工况下（加肋高度和温度）加肋土工膜与砂土界面的力学性质以及衬垫系统内部颗粒的位移场和速度场分布。拉拔试验结果表明,不同的加肋高度和温度对界面的稳定性有着深刻的影响,极限拉拔阻力随着加肋高度的增加和温度的降低而增大。通过细观分析得出加肋土工膜和砂土界面附近砂土会形成间接影响区。影响区内部的砂土位移和速度比周围砂土颗粒位移和速度大,这是因为肋块在拉拔过程中挤压其左侧的颗粒或带动其整体移动。并且肋块之间的影响区会相互影响扩散,因此对砂土颗粒形成加固作用。试验结果和PIV分析表明,温度和加肋高度对间接影响区有着显著的影响,从而对加肋土工膜与砂土界面的整体稳定性产生影响。     

砂土与格栅界面相互作用的直剪试验研究

筋材与土体接触面的相互作用较为复杂,它是加筋土工程设计中的关键所在。为了研究筋土界面的作用机制,采用福建标准砂与玻璃纤维土工格栅进行了一系列室内大型直剪试验,较为系统地分析了格栅横肋与纵肋及格栅几何尺寸对于筋土界面强度特性的影响。试验结果表明,格栅的横肋与纵肋在界面强度中均发挥了较大的作用,两者表现为不同的作用机制,当剪切位移较小时格栅横肋的被动阻力和纵肋的摩阻力起到共同承担荷载的作用;随着剪切位移的增大,横肋的被动阻力进一步提升,纵肋发挥了较为显著的提高筋材刚度的框架作用。因此,格栅的纵横肋需要按合理比例搭配才能发挥出较大的筋土界面强度。     

基于桩-土界面剪切特性的单桩沉降和承载问题研究

近年来,西北地区出现了许多高填方场地,为减小建筑物基础的不均匀沉降,基础类型广泛使用桩基础。与一般场地不同,黄土填方场地中的单桩桩周土受力后仍会产生较大的变形,该类场地单桩沉降机制复杂。桩顶总沉降计算是桩基设计的重要依据,为此,建立了高填方黄土场地单桩桩顶总沉降计算模型。基于传统的荷载传递法和剪切位移法,分别考虑桩-土界面的桩-土相互作用和桩-土界面外剪切带土体的剪切变形。依据桩端边界,将单桩类型分为摩擦桩和端承摩擦桩,分别建立桩周土弹性阶段和塑性阶段的桩身位移控制微分方程,结合边界条件进行求解,得到桩身位移、轴力、侧摩阻力,并通过弹塑性理论求解了桩周土剪切带土体剪切变形,进而通过叠加原理求得桩顶总沉降。用桩长与桩周土塑性发展深度的比值,定义了桩基承载力安全系数K。通过算例分析与现场试验数据对比分析,研究结果表明：使用新的模型计算得到的桩顶总沉降与现场试验结果相近;当桩顶荷载较小、桩周土处于弹性阶段时,桩端边界对桩身轴力、位移和侧摩阻力影响很小,但桩周土进入塑性滑移阶段后,桩端边界的影响开始变大,考虑桩端土的承载能力会极大提高单桩极限承载力;建立了将荷载传递法和剪切位移法综合起来的计算...     

垃圾填埋场斜坡上土工合成材料受力分析

为了评价垃圾填埋场防渗系统材料界面之间的摩擦特性以及土工合成材料端部的应力,进行了模拟试验和有限元分析。采用直接剪切试验,获得了土与短纤维无纺布、短纤维无纺布与HDPE土工膜以及短纤维无纺布与TPO（PE）界面的摩擦角和黏聚力;采用离心模拟试验,得到了伴随土压缩引起的短纤维无纺布和土工膜端部拉应力。试验结果表明：材料界面之间的摩擦角较大,但黏聚力不大;伴随填埋高度的增加,短纤维无纺布和土工膜端部的拉应力也随之增大。运用有限元对土压缩引起的短纤维无纺布和土工膜端部拉应力以及界面的摩擦应力分布进行了分析,并与试验结果进行了对比,分析结果表明：两者基本一致,碾压机械下方土工膜界面之间摩擦应力比较大。     

土工膜与土界面剪切特性细观研究

填埋场衬垫系统中,土与土工膜界面剪切强度较低,易造成失稳破坏。目前国内外学者主要采用室内试验对土与土工膜界面的宏观剪切特性进行研究,而对界面剪切特性的细观研究较少。为了从细观角度研究土与土工膜界面的剪切特性,本文采用EsyS-particle程序对土工膜与土界面直剪试验进行了离散元数值模拟分析。采用摩擦接触模型模拟砂土;采用黏结模型颗粒模拟土工膜,通过紧密排列土工膜颗粒以模拟土工膜的光滑表面。通过室内拟合试验,选取和校准材料的细观参数。分析结果表明,离散元模型能较好的模拟界面应力-应变关系;剪切带的厚度约为两倍平均土颗粒直径;剪切带中的土颗粒发生较大位移,孔隙比增大,而剪切带之外的土颗粒位移和孔隙比变化较小;随着剪切位移的增加,颗粒间接触力逐渐向左端集中,力链方向由垂直逐渐倾斜。     

加肋土工膜与砂土界面特性研究

高密度聚乙烯（high-density polyethylene,简称HDPE）土工膜与土之间的抗剪强度较低是填埋场沿底部衬垫失稳的一个重要的原因。尽管糙面土工膜与黏土之间的摩擦系数较大,但随着应力积累,糙面土工膜很容易被拉裂,或者由于表面的颗粒被磨掉而使界面摩擦性能降低。在传统土工膜的基础上,提出了一种非满布单层加肋土工膜,并进行大量的界面直剪试验,研究在不同正应力和加肋间距下土工膜与砂土之间的界面特性、强度特性。试验结果表明,条状土工膜提高的是黏聚力,其内摩擦角有所下降,而块状土工膜黏聚力和内摩擦角都有很大程度的提高;随着加肋间距的减小,黏聚力逐渐的增大,而内摩擦角超过一定值后,又随着加肋间距的增加逐渐减小,这说明加肋间距存在一个最优值。加肋土工膜相比于光面土工膜、糙面土工膜,在提高界面抗剪强度的同时,依旧保持其较好抗拉裂性能,是一种较好的新型土工合成材料。     

桩基承载力模拟试验中相似性问题

通过对桩基承载力模拟试验中相似性问题的研究,重点探讨了试验与工程桩所处环境的相似性, 剪切摩擦试验与工程桩桩侧摩阻力的相似性以及三轴试验与桩端承载力的相似性等三个主要的相似问题。研究表明对于模拟试验中桩侧摩阻力的试验,应采用原状样,并保持应力与工程应力状态一致。对于端承力则应采用原状样,但将围压按几何相似常数缩小,并将端承力试验结果按该相似常数扩大以作为实际工程桩的端承力。     

超长灌注桩桩-土界面剪切模型及其有限元模拟

由于超长灌注桩为摩擦型桩,建立合适的桩-土界面剪切模型将成为合理且有效地模拟分析其承载变形特性的关键。基于超长灌注桩桩侧摩阻力? 随桩-土相对位移w发挥性状,将? - w关系定义为硬化和软化两种类型,进而将桩侧摩阻力发挥模式分为全硬化模式、全软化模式和混合模式。建立超长灌注桩桩-土界面剪切硬化模型和软化模型,运用ABAQUS二次开发子程序FRIC将建立的剪切模型嵌入有限元,实现剪切模型的有限元模拟,单桩算例表明,剪切模型在ABAQUS中实现是成功的。运用建立的桩-土界面剪切模型对现场试验试桩进行有限元模拟,模拟结果与实测结果较为吻合,表明所建立的桩-土界面剪切模型及其有限元模拟对于超长灌注桩承载变形计算具有合理性和可行性。     

温度和填埋高度引起的垃圾填埋场边坡部土工膜张拉力评价

基于垃圾填埋场边坡部衬垫系统各材料之间的界面摩擦特性,提出了温度和垃圾填埋引起的土工膜端部张拉力的评价方法。以短纤维无纺布、HDPE土工膜组成衬垫系统,进行了不同填土高度下土工膜端部张拉力室外试验。试验结果表明：当填埋高度较小时,作用在HDPE土工膜端部的张拉力主要为温度应力;温差越大,土工膜端部的张拉力越大;随着填埋高度的增加,填埋引起的HDPE土工膜端部张拉力增大。运用提出的评价方法对温度和垃圾高度引起的土工膜端部张拉力进行了评价,并与试验结果进行了对比,评价温度应力时,考虑界面摩擦作用的土工膜张拉力计算结果与实测结果基本一致。     

填埋场衬垫系统界面本构模型研究

典型垃圾填埋场衬垫系统由土/土工膜、土工膜/土工织物等多个界面组成,这些界面抗剪强度低,成为潜在的滑裂面,容易使填埋场发生沿界面的失稳破坏。本文根据大量土/土工膜界面直剪试验的研究,针对该界面的变形机理和应变软化特性,在前人研究的基础上确定了接触面的厚度,定义了接触面的切向应变和法向应变,将界面的变形分为3个阶段:弹性阶段,塑性阶段和残余阶段。同时提出了适合于土与土工膜界面的弹塑性本构模型。该本构模型参数较少,物理意义明确,运用简单方便。最后,结合Filz接触面直剪试验和钱学德单剪试验的结果,将通过该模型得到的拟合结果与之进行了对比验证分析。研究结果表明:本文提出的土与土工膜界面弹塑性本构模型是合理可行的,且建模方便,适用于工程实践。     

土工合成材料界面摩擦特性的室内剪切试验研究

采用自行研制的直剪仪和斜板仪研究了3种粗糙程度的HDPE（高密度聚乙烯）膜分别与砂土、土工布及土工复合材料之间的界面摩擦特性,进行了高垂直应力的直剪试验和低垂直应力下的斜板试验。通过对试验数据进行分析比较,认识了一些HDPE膜界面摩擦特性的变化规律及其影响因素,并对直剪试验结果与斜板试验结果之间的差异进行了初步的研究。     

垃圾填埋场复合衬垫剪切特性单剪试验研究

针对垃圾填埋工程中复合衬垫的界面抗剪特性,利用改进的叠环式单剪仪,对由砂土-无纺型土工布-土工网格-土工膜-夯实粘土组成复合衬垫进行了整体剪切试验研究。重点讨论了复合衬垫整体单剪试验的应力-位移曲线、相同剪切应力下各个界面的位移大小与变化特征和强度特性。研究结果表明：复合衬垫整体单剪试验的应力-位移曲线在低法向应力试验中没有呈现明显的软化特征,在高法向应力试验中有硬化现象;随法向应力增加剪切破坏面会发生转移;目前常用的把复合衬垫拆分为单个界面进行研究来确定最危险界面的方法不能够正确地反映填埋场中的复合衬垫在加载过程中的衬垫单元的实际受压变形情况和在剪切变形过程中最危险破坏面转移的情况;复合衬垫界面的抗剪强度包线呈现双曲线性质。