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。     

考虑蠕变性土工格栅加筋挡土墙应力与变形有限元分析

土工格栅加筋挡土墙在岩上加固工程中得到了广泛应用。采用粘弹塑性流变模型考虑地基和填士的流变性，采用作者所建议的绎验型粘弹性本构模型考虑土工格栅的蠕变性，对于土工格栅加筋挡土墒发展了非线性有限元数值分析方法，通过变动参数的对比计算与分析探讨了逐层填筑过程、加筋长度及间距布置方式等因素对土工格栅加筋挡土墙长期变形与应力特性的影响。计算与分析表明：填筑过程对面板侧向变形、格栅拉力与应变及地基中水平位移与竖向沉降具有较大的影响；加筋使墙后填土应力重新分布；面板位移、格栅拉力及应变在经历一段时间后趋于稳定状态。     

土工格栅路堤加筋效果的影响因素分析

土工格栅作为一种新型的土工合成材料,由于具有高强度、低延伸率等特点而被选作主要的路堤加筋材料,在路堤中适当位置加入土工格栅能有效地减少路堤的沉降和侧向变形。本文采用通用非线性有限元程序ABAQUS分析了加筋前后的路堤底部的竖向位移、堤址点垂线下地基深度的水平位移和地表的水平位移,计算中采用D rucker-Prager模型和C lay p las-tic ity模型模拟土体的非线性,土工格栅采用一维杆单元来模拟。通过对加筋层数、筋材模量、软基模量、填土高度和软土层厚度等影响加筋效果的因素进行对比分析,从计算结果分析可知,路堤加筋虽然对软土地基的竖向位移影响不大,但加筋能有效抑制侧向位移的发展,这样增大了路堤边坡的稳定性,分析结果与大多数实际工程的实测资料相吻合。     

土工合成材料与土工合成材料加筋砂土的相关特性

目前土工合成材料加筋的理论研究明显落后于工程实践。为了指导土工合成材料的优选和研究加筋机理,以5种国产土工合成材料为加筋材料,它们分别是针刺无纺土工织物、涤纶纤维经编土工格栅、玻璃纤维经编土工格栅、双向塑料拉伸土工格栅和土工网,系统进行三轴压缩试验以比较各种土工合成材料对砂土的加筋效果。试验结果表明：（1）各种土工合成材料加筋砂土的抗剪强度和应力应变特性不同;（2）无纺土工织物适合用于允许大变形的加筋土工程,涤纶纤维经编土工格栅和塑料拉伸土工格栅均适合用于对变形有较严格要求的加筋土工程,玻璃纤维经编土工格栅适合用于对变形有严格限制的加筋工程,设计时需要较大的安全系数,土工网适用低等级的加筋土工程;（3）砂土对各种土工合成材料侧向收缩的约束作用差异显著。     

HDPE和PET土工格栅加筋路堤作用的对比研究

为了研究高密度聚乙烯（HDPE）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）两种土工格栅在返包式加筋路堤中的加筋效果,基于HDPE和PET的拉伸试验结果,采用FLAC3D有限差分程序并结合现场监测数据对比,分析了加筋路堤中两种土工格栅的受力变形规律。结果表明,土工格栅特性对返包式加筋路堤变形具有明显影响,影响程度与其上部土压力大小密切相关;在加筋土路堤的中下部,土压力较大,HDPE格栅前1/3段和后1/3段的应变存在较大差别,PET格栅的应变沿长度分布相对均匀;随着上部土压力的减小,格栅材料特性的影响减弱,两种格栅的应变曲线趋于接近;PET格栅对加筋路堤水平变形的控制作用更为明显;HDPE格栅加筋路堤的垂直和水平土压力值及其分布与PET加筋路堤差别很小。     

水泥土桩联合土工格栅复合地基的离心模型试验研究

在软土地基上修筑路堤需要兼顾承载力和变形两方面的要求。针对山区沟谷软基的特点,采用了夯实水泥土桩与土工格栅联合加固的方法,是一种创新,选择合适的试验手段来研究该种型式的复合地基对于工程设计和施工具有重要意义。通过离心模型试验,模拟夯实水泥土桩联合土工格栅复合地基上路堤的填筑进程,水泥土桩采用石膏柱模拟,土工格栅采用预拉伸加筋格网模拟,试验得出了该种复合地基的工程特性。夯实水泥土桩具有较好的加固基础作用,格栅的主要作用是均衡上部荷载和减小差异沉降,采用夯实水泥土桩联合土工格栅的复合地基形式可以满足沟谷软基的沉降控制要求,其最终结论可以为设计和施工提供参考。     

土工格室加筋垫层路堤破坏模式和稳定性评价

采用土工格室加筋垫层提高软土地基上填方路堤的稳定性已得到认可,但其破坏模式和稳定性分析方法仍未取得共识。作者通过室内物理模拟试验,识别软土地基上无筋垫层路堤、土工格栅加筋垫层路堤和土工格室加筋垫层路堤的失效模式,并在此基础上探讨土工格室加筋垫层路堤的稳定性和临界填筑高度分析方法。研究结果表明:软土地基上无筋垫层路堤和土工格栅加筋垫层路堤发生穿过垫层的圆弧滑动破坏;土工格室加筋垫层路堤呈整体破坏模式,滑动面虽呈似圆弧状但未穿过加筋垫层,破裂面在软土地基中形成和发展,而且位置更深。在识别破坏模式的基础上,通过土工格室加筋垫层的工作机理分析,提出了软土地基上土工格室加筋垫层路堤稳定性和临界填筑高度分析方法。     

陡坡路堤土工格栅加筋机制与合理铺设参数研究

土工格栅加筋作用机理复杂,测试难度大,结合土工格栅加筋陡坡路堤工程,开展了现场变形监测,并针对土工格栅特点,用非线性有限元方法进行了数值计算。试验和计算分析表明：铺设土工格栅能有效地限制路堤沉降与坡脚水平位移,保证路堤的稳定性。数值计算结果与现场监测结果吻合较好,据此分析了土工格栅长度、弹性模量及铺设间距与路堤变形的关系,土工格栅弹性模量越大,加筋效果越好。有效而经济的土工格栅长度是6.5 m,铺设间距是0.6 m。     

土工格栅加筋砂土中水平锚板抗拔特性试验研究

土工格栅加筋能够有效改善锚板的抗拔承载力,然而锚板在上拔过程中的破坏机制及其影响因素尚需进一步研究。针对砂土中水平锚板的抗拔特性,开展了多组锚板上拔试验,分析了砂土密实度、锚板埋深、土工格栅布设层数和位置等因素的影响,结合粒子图像测速（particle image velocimetry,简称PIV）技术探究了锚板周边土体的变形破坏机制。研究结果表明：单层接触式格栅加筋对锚板的抗拔承载力有明显的提升,且其对土体性能的改善优于非接触式格栅加筋情况,其原因与土工格栅变形量和上覆土体重力有关;当采用双层土工格栅加筋时,下层格栅可充分发挥限制土体侧向变形和均化应力分布的作用,上层格栅相对而言贡献不大;采用土工格栅加筋后,锚-土界面附近土体的变形模式发生了明显的变化,其破坏面相比未加筋前向内侧收敛,且剪应变分布更为均匀。     

基于光纤传感技术的土工格栅变形及受力研究

光纤传感技术具有精度高、灵敏度高的特点,在变形测量方面具有独特优势。但由于缺乏有效的封装保护技术,目前将光纤传感器用于土工合成材料变形监测的应用和研究比较少。文章通过对光纤传感器的封装结构进行设计,较好地解决了光纤传感器与被测物体间的协调变形问题,并延长了光纤传感器的使用寿命。基于此封装结构,通过室内土工格栅加筋边坡模型试验,选取土工格栅的加筋层数及筋材的布设方式作为变量,研究了土工格栅在加筋过程中的变形及受力特性。研究结果表明:在垂直方向上,上层筋材的应变大于下层筋材的应变;在水平方向上,单层变形最大处位于加载点正下方范围内。增加加筋层数,能够使得各层格栅的变形得到分担,同时有效限制坡面的法向位移,尤其是坡面中上部分的法向位移;土工格栅能够显著提高边坡的极限承载力。通过对光纤传感器的研究,表明其能够灵敏监测被测物体的微小变形与受力,实际使用中较为稳定,验证了本文封装结构设计的可行性,弥补了传统测量方法的缺陷。     

Experimental Study of Bearing Capacity of Granular Soils,Reinforced with Innovative Grid-Anchor System

The pull-out resistance of reinforcing elements is one of the most significant factors in increasing the bearing capacity of geosynthetic reinforced soils. In this research a new reinforcing element that includes elements (anchors) attached to ordinary geogrid for increasing the pull-out resistance of reinforcements is introduced. Reinforcement therefore consists of geogrid and anchors with cubic elements that attached to the geogrid, named (by the authors) Grid-Anchor. A total of 45 load tests were performed to investigate the bearing capacity of square footing on sand reinforced with this system. The effect of depth of the first reinforcement layer, the vertical spacing, the number and width of reinforcement layers, the distance that anchors are effective, effect of relative density, low strain stiffness and stiffness after local shear were investigated. Laboratory tests showed that when a single layer of reinforcement is used there is an optimum reinforcement embedment depth for which the bearing capacity is the greatest. There also appeared to be an optimum vertical spacing of reinforcing layers for multi-layer reinforced sand. The bearing capacity was also found to increase with increasing number of reinforcement layer, if the reinforcement were placed within a range of effective depth. The effect of soil density also is investigated. Finally the results were compared with the bearing capacity of footings on non-reinforced sand and sand reinforced with ordinary geogrid and the advantages of the Grid-Anchor were highlighted. Test results indicated that the use of Grid-Anchor to reinforce the sand increased the ultimate bearing capacity of shallow square footing by a factor of 3.0 and 1.8 times compared to that for un-reinforced soil and soil reinforced with ordinary geogrid, respectively.     

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。     

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。     

Bearing capacity tests of strip footings on reinforced layered soil

The ultimate bearing capacity of strip footings resting on subsoil consisting of a strong sand layer (reinforced/unreinforced) overlying a low bearing capacity sand deposit has been investigated. Three principal problems were analysed based on results obtained from the model tests as follows: (1) the effect of stratified subsoil on the foundations bearing capacity; (2) the effect of reinforcing the top layer with horizontal layers of geogrid reinforcement on the bearing capacity; (3) effect of reinforcing stratified subsoil (reinforced and unreinforced) on the settlement of the foundation. It has been observed that reinforcing the subsoil after replacing the top layer of soil with a well-graded soil is beneficial as the mobilization of soil-reinforcement frictional resistance will increase.     

The bearing capacity of surface strip foundations on geogrid-reinforced sand and clay — a comparative study

Summary Laboratory model test results for the ultimate bearing capacity of a strip foundation supported by geogrid-reinforced sand and saturated clay are presented. One type of geogrid only was used for all the tests. On the basis of the model test results, the optimum depth and width of reinforcing layers and the optimum depth of the location of the first layer of the geogrid in sand and saturated clay were determined and compared.     

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。     

横-竖立体加筋地基中附加应力的分析计算

建立了横-竖立体加筋（H-V筋）地基的有限元模型,通过分析地基中的竖向应力分布、水平向位移分布以及筋-土界面相互作用,发现横-竖立体加筋地基中的竖向应力在筋材下方出现扩散和重分布,并逐渐向土体下部传递,使得土体中整体的应力分布更加均匀;同时,横-竖筋材中的竖筋类似于一个侧壁,其提供的垂直侧向力约束了介于竖筋间的土体,限制了土体的侧向水平位移,使得地基中筋材上部土体的侧向水平位移变小。基于有限元模拟对横-竖立体加筋地基加固机制的认识,将横-竖立体筋视为作用在地基上的一维弹性地基梁,通过弹性地基梁理论,根据弗拉曼解推导求解了横-竖立体加筋地基中任意一点竖向附加应力的计算表达式。将模型计算结果与有限元模拟所得结果进行对比发现两者吻合良好。     

横-竖筋带布置对地基影响的试验研究

分别针对纯砂地基、水平加筋地基和新型三维立体加筋(简称横-竖加筋)地基进行了多组模型试验。主要研究了单层横-竖加筋深度和横-竖加筋层数对地基的影响,并通过与水平加筋地基的比较,结合横-竖地基砂土滑移面的形状,初步分析了横-竖加筋地基的加固机制。试验结果表明,同等试验条件下,横-竖筋的加筋效果较水平筋的好,对于单层横-竖加筋地基,加筋效果随加筋深度的增加而减弱,加筋深度超过一定范围后,加筋对地基受力性能的改善不明显。对于多层横-竖加筋地基,随加筋层数的增加,承载力增加,沉降减小。