筋土界面参数测试方法合理选择研究

筋土界面相互作用机理和方式随加筋土结构不同以及同一加筋土结构的位置不同而有所区别,相应参数的测试方法也应不同。根据国内外筋土界面参数测试方法的最新研究成果,结合工程实践发展需要和筋土界面相互作用关系特点,建立了筋土界面参数测试方法选择原则,为工程设计和研究工作中合理选择界面参数测试方法提供了科学的参考依据。     

基于抛物索理论的加筋土调整不均匀沉降研究

由于固结沉降、降雨或地震等作用,在软土或新老地基结合处,不均匀沉降现象是一种常见的工程病害,采用加筋土结构来调整不均匀沉降是工程上常用的处理措施。然而,现阶段关于加筋土结构在不均匀沉降条件下筋材变形规律的理论研究尚少,且工程实践往往先于理论研究。为完善并简化加筋土结构的设计理论,以加筋土结构中筋材变形为研究对象,在基于抛物索理论的基础上,提出了一种在不均匀沉降下加筋土结构筋材变形的计算方法。通过室内模型试验并结合理论分析初步验证了该计算方法的可行性和准确性。该方法计算简便,不需要反复的数值模拟,计算结果能够满足实际工程的精度需要,对进一步完善加筋土结构设计的计算理论具有一定的意义。     

筋-土界面力学特性的水平循环剪切试验研究

加筋材料与土界面力学特性是加筋土结构设计和稳定性分析的重要依据。在大型多功能界面剪切仪上,进行了土工格栅和标准砂界面的水平循环剪切试验,分析循环荷载作用下筋-土界面力学特性,研究循环荷载特征对界面剪切力和法向位移的影响,探讨水平循环荷载作用下筋-土相互作用规律。结果表明,随循环次数增加,剪切力-位移关系曲线逐渐重合,剪切力峰值变化不明显,界面剪切模量增大并趋于稳定;循环剪切位移幅值和剪切速率对剪切强度的影响不明显,但对试样法向位移有较大影响;水平循环剪切过程中试样发生明显的法向位移,加筋可有效限制试样的竖向变形。     

土工格栅筋土拉拔界面的弹性-指数软化模型与性状

土工格栅被广泛应用于路堤、边坡、挡土墙等加筋土工程,而筋土界面分析是研究加筋作用机理的关键。根据土工格栅拉拔荷载下的受力状态,分析了拉拔试验实际剪应力与位移关系,发现界面软化阶段剪应力与位移近似呈指数分布,已有计算模型大多高估了界面剪应力,提出了能够考虑界面渐进破坏及非线性特性的弹性-指数软化模型。通过筋土界面基本控制方程,得到了土工格栅拉拔荷载下不同阶段受力状态的计算模型。对界面剪应力发展历程及分布规律展开了较为细致的研究,同时进行了参数分析,包括剪切刚度、抗拉刚度、加筋长度、软化指数衰减特征系数等。结果表明,土工格栅拉拔过程中,当筋土界面处于弹性阶段时,界面剪应力不均匀性及界面最大剪应力随剪切刚度增大而增加,弹性模量则相反;软化阶段内,加筋长度越长,界面软化现象越明显,加筋长度较短时,可近似认为界面剪应力呈均匀分布;软化指数衰减特征系数越大,界面剪应力波动越大,其峰值往拉拔端移动;进入残余阶段后,界面剪应力由拉拔端向自由端增大且逐渐趋于残余应力。研究成果可为加筋土工程土工格栅选取提供理论指导。     

筋土界面特性宏细观分析试验仪器研制与应用

为了更全面地分析筋土界面相互作用特性,改制了一台可视加筋土界面特性宏细观分析的试验仪器,可开展不同土工合成材料与填料的直剪和拉拔试验;该仪器改进了试验箱的尺寸,可方便两种试验的对比分析,增加了图像摄录系统,可进行试验过程的细观分析。使用新研制仪器分别进行了土工合成材料（土工格栅和土工布）加筋尾矿砂的直剪和拉拔试验,试验结果表明:两种试验条件下,土工格栅与尾矿的界面参数（似黏聚力和似摩擦角）及似摩擦系数均比土工布与尾矿的界面参数和似摩擦系数大;直剪试验下筋材网孔的有无对筋-尾矿界面参数均有较大影响,拉拔试验下筋材网孔有无对筋-尾矿界面参数似黏聚力的影响较为显著,对似摩擦角的影响较小。随着宏观变量法向应力的增加,细观参数孔隙率减小,平均接触数增加,反映在宏观上的现象就是填料颗粒被压密,筋材需要克服的阻力增大。该试验仪器能够较好地分析筋土界面宏细观特性,获得关键技术指标以用于加筋结构的设计。      

粘土与筋带直剪试验与拉拔试验对比分析

在土工合成材料加筋土工程中,土工合成材料与填土的界面作用特性直接决定加筋土工程的内部稳定性,所以土工合成材料与填料的界面作用特性指标是最关键的技术指标。对两种加筋材料与高液限粘土之间分别进行了直剪试验和拉拔试验,通过分析可得筋土之间的剪应力随着垂直压力的增大而增加,但随着垂直压力的增大筋土之间剪应力增长率减小,即随着垂直压力的增加,筋土之间的剪应力收敛于某一上限值;由于加筋材料在试样制作过程中不可避免地在土中发生凹凸变形使土体对筋带产生一定的锚固作用,拉拔试验所测得的似摩擦系数及似粘聚力均大于直剪试验所测得的似摩擦系数及似粘聚力。因此,实际加筋土工程中,拉拔试验更能较好地反映其真实的工作状态。     

地震作用下返包式加筋土挡墙数值模拟

返包式加筋土挡墙是一种柔性面板挡墙,因其良好的地基适应性及地震安全性广泛应用于交通、市政和水利等诸多领域中。本文使用FLAC^3D数值模拟程序对返包式加筋土挡墙墙面坡度、土工袋填料及筋材强度进行了抗震性能研究。研究结果表明：当墙面坡度<1∶0.30时,墙后侧向土压力分布均匀且数值较小,近似于一条竖向直线;当墙面坡度≥1∶0.30时,墙后侧向土压力分布规律一致且符合朗肯土压力理论。因此,当墙面坡度<1∶0.30时,加筋土结构应按加筋土边坡进行设计;当墙面坡度≥1∶0.30时,加筋土结构应按加筋土挡墙进行设计。土工袋填料种类对返包式加筋土挡墙地震动力响应几乎没有影响,在抗震设计时可不考虑其对挡墙的影响。筋材强度越高,返包式加筋土挡墙抗震性能越好,但筋材强度与挡墙的抗震性能不成正比例,由于加筋土结构的"加筋作用饱和"现象,大幅度提升筋材强度并不会使挡墙的抗震性能得到大幅度提升;因此,工程中在保证筋材强度达标的前提下需注意经济性。     

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。     

单根无黏结预应力筋对加筋体力学性能的影响

采用缩尺模型试验研究了无黏结预应力加筋土技术中水平土压力的大小及分布对预应力加筋体力学性能的影响。试验采用钢砂模拟中砂,解决了缩尺模型相似比的问题。完成了两个工况的试验,一个普通加筋土工况,一个具有单根无黏结预应力筋的工况。对比分析表明：对无黏结预应力筋施加预拉力前加筋体的顶部沉降小于普通加筋体的顶部沉降,施加预拉力后却增加了顶部沉降,但在堆载后具有单根无黏结预应力筋的加筋体的竖向变形更小;随着预拉力的增加,与无黏结预应力筋相邻的玻纤格栅应变相应减小,在距离墙面板较近位置测点玻纤格栅的应变减小得尤为明显,而底部玻纤格栅应变逐渐增加,在距离墙面板较近位置测点增加得较为明显;在堆载过程中,无黏结预应力筋的预拉力保持不变,堆载完成后略有增加。     

加筋土边坡的破坏形式

了解加筋土边坡的破坏形式有助于加筋土边坡的设计和施工监测。对不同形式的加筋土边坡进行离心模型试验,绘制了边坡的破坏形式。试验结果表明:加筋土边坡能够保持较好的整体性,一般不会像未加筋边坡那样突然坍塌; 坡面附近土体内部可能先于坡顶产生裂缝,因此在实际工程中观察到显著的坡顶裂缝后,应当意识到在坡面附近的坡体内部也可能产生了裂缝。一般情况下筋材模量越大加筋效果越好,但在筋材和土接触面强度一定的情况下,筋材模量增大到一定程度后继续增大筋材模量是没有太大意义的。     

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     

加筋碎石土的归一性研究

碎石土加筋前后应力－应变关系的归一性左。围压越低,颗粒越硬,归一性越差;随围压增大,归一性增强。根据加筋前后各试验点的集中程度和围压大小,将碎石土的归一化直线划分为两条,并由归一化参数预测碎石土加筋前后的应力－应变关系。与实测曲线比较,不加筋时差别随围压增大和颗粒粗硬而增大;加筋时差别较小。同时根据归一性提出了描述该类土体切线剪切模量的归一化本构方程,其方程参数直接由三轴试验成果确定,并给出了所有     

Cost Optimization of Reinforced Earth Walls

This paper deals with optimum cost (objective function) design of geosynthetic reinforced earth retaining walls subjected to static and dynamic loading. The design restrictions are imposed as design constraints in the analysis. Choice of the initial designed length and strength of the reinforcement, which are the elements of the design vectors are made in a way that it forms an initial feasible design vector. Thus the problem is one of mathematical programming. The constraints and the objective function being nonlinear in nature, the Sequential Unconstrained Minimization Technique (SUMT) has been used in conjunction with conjugate direction and quadratic fit methods for multidimensional and unidirectional minimization to arrive at the optimal (minimum) cost of the reinforced earth wall. Optimal cost tables are presented for different combinations of the loading and the developed procedure is validated by taking up an example problem. It has been found from the typical example problem that saving of the order of 7–8% can be made over the conventional design of mechanically stabilized earth (MSE) walls with the aid of design charts.     

Modeling of Beams on Reinforced Granular Beds

The paper describes a mechanical model for estimating the flexural response of a strip footing, supporting a column (imposing a concentrated load), resting on a compacted granular bed overlying a reinforcement layer for example, geogrids, geomats etc. below which lies a loose soil deposit. The footing is idealized as a beam and the reinforcing element is assumed to have finite bending stiffness and negligible frictional resistance. The upper and lower soil layers are idealized by a series of linear and discrete springs (Winkler springs) of different stiffness values. To find the response of such a model the governing differential equations have been derived and expressed in a nondimensional form. A closed form analytical solution of the same has been obtained subjected to appropriate boundary conditions. Using the present approach the resulting solution for a degenerated case of a long beam is found to be identical to the same of Hetenyi (1946, Beams on elastic foundations, University of Michigan press, Ann Arbor, MI). Parametric studies reveal that the ratio of flexural rigidity of upper and lower beam and the ratio of stiffness of the upper and lower soil layers affect significantly the response of the foundation.     

Analysis of Flexible Pavements Reinforced with Geogrids

Effectiveness of glass fiber grids as a reinforcement of the asphalt layer in a flexible pavement system was investigated. The study involved both laboratory experimental work and computer analysis of pavement sections. Twenty flexible pavement sections (with and without glass fiber grids) were constructed and tested in the laboratory as a part of the experimental study. The laboratory-scale pavement sections were instrumented with pressure cells, displacement gages, and strain gages. Test sections were subjected to 1,000,000 load applications at a frequency of 1.2 Hz. Static loading tests were conducted at intervals of 100,000 load applications. In thirteen experiments, glass fiber grids were used as reinforcement in the asphalt layer. Several computer analyses of flexible pavement sections were performed by using the finite element method (FEM). The laboratory data were compared with results obtained from the computer analyses. Results from this study show that glass fiber grids can be used to improve the performance of flexible pavement systems. It was also observed that the inclusion of glass fiber grid in the asphalt layer provided resistance to crack propagation. Overall, the flexible pavement sections reinforced with glass fiber grids showed better performance under laboratory test conditions.     

加筋土本构模型研究进展

概括了加筋土理论计算的分析方法 ,对采用复合模型进行研究所必须的加筋土本构模型的进展进行综述 ,综合分析了各种加筋土本构模型的适用条件和局限性 ,提出了今后加筋土本构模型研究的重点     

土工格栅加筋路堤有限元分析

通过有限元软件ANSYS对土工格栅加筋路堤进行模拟,阐述了加筋土的加筋作用原理。通过一个工程实例分别对不加筋、仅加砂垫层、加一层土工格栅砂垫层、加两层土工格栅砂垫层四种不同的加筋路堤进行了计算。分析了不同加筋方式下加筋土路基竖向位移、侧向位移、竖向应力、剪应力和筋材拉力的规律。     

土工合成材料及其加筋结构的研究现状

随着土工合成材料在岩土加固领域的应用的不断扩展和延伸,土工合成材料的工程特性及其加筋机理的研究得到了迅速发展。对国内外有关土工合成材料的静载、动载作用下的力学特性和流变特性,以及筋材加筋结构分析理论的国内外研究现状与发展动态进行了综合比较评述,探讨了研究中存在的主要问题,并提出了解决问题的思路与建议。