袋内材料对土工袋动力特性参数影响的试验研究

土工袋加固地基技术已普遍应用于房屋地基、边坡加固等工程中。大量研究表明,土工袋具有显著的减振消能效果。为了进一步探讨不同的袋内充填土体材料对土工袋减振消能效果的影响,通过对不同粒径、级配、黏粒含量的填充土体材料及装有相应填充土体材料的土工袋进行水平循环剪切试验,研究袋内填充土体材料与动剪切模量及等效阻尼比2个参数的关系。试验结果表明,土体装入土工袋后,动剪切模量降低,等效阻尼比增大;当填充土体材料及土工袋内土体材料粒径相对较小、级配均匀、黏粒含量高时,等效阻尼比和动剪切模量较大。总体而言,粒径和级配对土工袋减振消能效果影响不大。     

轮胎颗粒混合土动力特性参数影响规律试验研究

废旧轮胎碎片颗粒与砂土混合用作路基或挡墙填料、建筑物基础隔震体系等具有质轻、土压力小、减震隔振效果好、耐久性优良、费用低廉的特点。通过室内数字化动三轴试验,重点对比研究了废旧轮胎颗粒含量及围压对混合土及纯砂土动强度、动弹性模量和等效阻尼比等主要动力特性参数的影响规律。结果表明,在相同围压和动剪应力比条件下,混合土动强度相对纯砂土略有降低(最大降低量约20 kPa,即约8%);所有配比混合土动弹性模量均小于纯砂,且减小效果显著,最大减小量约22 MPa(即约60%);混合土等效阻尼比先随轮胎颗粒含量的增大而增加,之后又随之减小,临界含量值介于30%⁴0%之间,混合土等效阻尼比相对纯砂土最大增加量约91%。结果证实,混合土剪切刚度有效降低,可以发挥减震隔振的优势。     

土工袋减振与耗能的数值模拟

土工袋减振效果良好且造价低、施工简单,现研究与应用多基于现场重复试验,而少见有减振机制研究。根据土工袋的消能减振作用原理,利用离散单元法,建立土工袋减振过程中能量耗散方程;模拟单一竖向加载条件下各部分的能量耗散,从能量守恒角度对计算结果进行合理性分析,验证所建立的能量耗散方程与计算方法的正确性;然后利用经验计算模型,对土工袋单体进行1 000 N/s加载速率条件下3次循环加载时各部分能量耗散数值模拟,定量研究土工袋单体的减振效果。理论研究表明,土工袋袋子及袋内材料总消耗能量百分比随着加荷与卸荷的进行而呈“波浪状”增减趋势,占总能量的百分比在75%以上,可以起到较好的消能效果。     

土工袋垫层抗液化性能振动台试验研究

土工袋能够有效地约束袋内土体,具有良好的滤水保土作用,可以用于地基抗液化,但土工袋抗液化性能尚未有系统及深入的研究。开展了一系列小振动台试验,验证土工袋垫层的抗液化效果,研究了振动加速度、土工袋层数和排列方式对抗液化性能的影响。结果表明：土工袋具有良好的抗液化效果,袋内土体的超静孔压比小于同深度处周围的土体;土工袋垫层的排水性能是在土工袋本身具有良好透水性的基础上,孔隙水会沿着土工袋与土体的界面以及袋间的空隙排出;相较于不透水刚性垫层,振动过程中土工袋垫层表面基本保持水平,发挥出较好的变形协调性;土工袋层数增加及交错式排列对抗液化效果有利。     

土工袋加固地基新技术

介绍了研究开发的土工袋加固地基新技术,内容包括土工袋加固地基的基本原理、基本特性及在日本应用于房屋地基加固、公路路基加固、堤防加固及构筑挡墙等的工程实例。土工袋加固地基的原理在于利用了由于在外荷载作用下袋子周长的伸长而产生的袋子张力, 袋子张力引起了一个附加凝聚力。     

超大面积深厚软土桩-网复合地基现场试验研究

结合潮汕车站软基处理工程设置监测断面,埋设相关监测仪器,对桩-网复合地基上部路堤填土施工过程中地表沉降、深部分层沉降、深部水平位移、桩顶应力、桩间土应力、土工格栅伸长量等的变化进行观测分析,结果表明,在加载初期,桩间土和桩顶土的应力都存在一个迅速增大的过程,但桩顶土应力增大的速率要大于桩间土应力增大的速率;当填土达到一定高度时,桩间土应力出现极值,产生的土拱效应会使4桩中心处的应力小于2桩中心处的应力值;管桩的轴力、摩阻力和地层情况密切相关,且均随时间、荷载的增加而增大;地基分层沉降的速率与路堤填土的速率呈正相关,沉降量的大小与地层深度和地层特征有关;土工格栅的拉伸位移量随着填土高度的增加而增加,且其增长速率经历了由慢到快再到缓的过程;地基水平位移随荷载的增加而增大,随深度增加而减小,管桩有效地限制了地基的水平位移。     

EPS颗粒混合轻质土与砂土的动力变形特性对比试验研究

在以干密度控制配比的原则下,对砂土与EPS颗粒混合轻质土（LSES）和其原料土砂土进行了动力变形特性对比试验研究。试验表明,LSES与纯砂的动弹性模量具有同样的随应变的增大而减小的性质,不同EPS颗粒体积含量和水泥掺入比的LSES动弹性模量普遍高于纯砂的动弹性模量。LSES与纯砂均显示出动弹性模量随围压的增大而增大的特性,围压对LSES的动弹性模量影响与纯砂相比相对较大。LSES与纯砂的等效阻尼比在整体上具有同样的随应变的增大而增大的性质。水泥掺入比较小时,LSES的等效阻尼比与纯砂相近;在高水泥掺入比下,不同EPS颗粒体积含量的LSES等效阻尼比均低于纯砂的等效阻尼比。LSES与纯砂均显示出等效阻尼比随围压的增大而减小的特性。围压对纯砂与LSES等效阻尼比的影响程度相近。     

袋装石土工袋剪切力学特性试验研究

袋装石土工袋堆叠过程中在土工袋接触面形成的咬合和嵌固作用,对土工袋剪切力学强度和破坏形式有较大的影响。通过一系列直剪试验研究了咬合和嵌固作用的影响,试验结果表明：袋装石土工袋层间咬合和嵌固作用能够增大土工袋抗剪强度;咬合作用随着土工袋上部竖向应力的增大有所减小,而嵌固作用则有所增大;袋装石土工袋在剪切过程中会产生两种破坏形式,分别为土工袋袋体自身变形和层间滑动破坏;土工袋组合体在受到水平剪切力时会发生整体变形,随后在组合体内部产生阶梯型滑动面,滑裂面的形状随着竖向荷载的增大而有所不同,相应的抗剪强度也会随着滑动面的改变而变化。     

EPS颗粒混合轻质土反复荷载下变形和阻尼特性

通过反复荷载三轴剪切试验研究了EPS颗粒混合轻质土在反复荷载下的变形和阻尼特性,分析了不同围压、不同水泥掺入比及不同土质条件下轴向累积应变、回弹模量及阻尼比随轴向总应变的变化规律。结果表明：轴向累积应变与轴向总应变呈线性关系,与轴向总应变的比值较大,且在不同条件下基本不变;回弹模量随围压和水泥掺入比的增大而增大。在一定的围压和水泥掺入比下,当应变小于8%时,砂土EPS颗粒混合轻质土的回弹模量大于淤泥质土EPS颗粒混合轻质土的回弹模量;当应变大于8%时,情况相反。回弹模量与轴向总应变的关系曲线可用递减的幂函数来拟合;EPS颗粒混合轻质土的阻尼比随轴向总应变的增大而增大,随围压和水泥掺入比的增大而减小,砂土EPS颗粒混合轻质土的阻尼比小于淤泥质土EPS颗粒混合轻质土的阻尼比,但以上变化和差别都非常小,阻尼比基本保持为一常数。     

饱和土半解析边界元法及在双排桩被动隔振中的应用

针对均质饱和地基中双排桩远场被动隔振问题,首先,基于饱和多孔介质的边界元法,建立了以薄层法（TLM）基本解作为动力Green函数的饱和土半解析边界元法,该方法可有效地分析饱和半空间的土-结构动力相互作用问题。在此基础上,根据双排桩与周围土体的邻接条件,推导了双排桩对Rayleigh波散射的三维边界元方程;运用上述边界元方程,对双排桩的远场被动隔振问题进行了研究。结果表明：双排桩能够有效地降低屏障后的位移振幅,其隔振效果要优于单排桩;排间净距对隔振效果影响不大,而桩间净距则对双排桩隔振效果起控制作用。     

土工织物-砂土界面的叠环式剪切试验

针对土工合成材料界面特性试验易受试验装置影响的特点,采用大型叠环式剪切仪进行土工织物与砂土的界面剪切试验。对比砂土本身、土工织物与砂土的两种剪切试验结果发现,土工织物-砂土剪切引起的叠环位移较小;叠环的水平位移变化规律与土体的剪胀性具有密切联系,土工织物限制了下剪切盒内土颗粒的运动,对达到峰值强度时的土体剪胀也具有抑制作用。由试验结果可知,筋-土界面的剪切带远小于剪切的影响范围,土工织物在界面剪切中的作用不能仅通过剪切带反映,还应考虑土工织物的屏蔽作用和对于土体剪切带形成的影响。     

土与土工织物接触面力学特性的试验研究

在大型土与结构接触面循环加载剪切仪上添加了拉拔试验模块,进行了大尺寸的粗粒土与土工布接触面的单调和往返剪切试验以及土工布拉拔试验。剪切试验结果表明,粗粒土与土工布接触面出现了一定程度的应变软化,相对法向位移的变化受法向应力影响很大,并表现出异向性。土工布拉拔试验结果表明,由于土与土工织物接触面的剪胀造成该类接触面的抗剪强度与法向应力不再是线性关系;将接触面剪切试验和拉拔试验方法结合起来是研究土与土工织物接触面力学特性较为全面和合理的手段。     

Monotonic and cyclic modeling of interface between geotextile and gravelly soil

This paper describes a modified elasto‐plasticity damage model to capture monotonic and cyclic behavior of the interface between a geotextile and gravelly soil. New damage variable and shear strength criterion are introduced on the basis of test observations. The formulations of the modified model are obtained by extending those of the original interface model. The model parameters with physical meaning are easily determined from a group of cyclic shear tests and a confining compression test. The model predictions are compared with the results of a series of direct shear tests and large‐scale pullout tests. The comparison results demonstrate that the model accurately describes the monotonic and cyclic stress–strain relationship of the interface between a geotextile and gravelly soil while capturing new characteristics: (1) the strength that is nonlinearly dependent on the normal stress; (2) significant shear strain‐softening; (3) the comprehensive volumetric strain response with dependency on the shear direction; and (4) the evolution of behavior associated with the changes in the physical state that includes the geotextile damage. This model is used in a finite element analysis of pullout tests, indicating that the tensile modulus of a geotextile has a significant effect on the response of the geotextile–gravel system. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

筋-土界面循环剪切刚度和阻尼比的试验研究

为了研究筋-土界面在遭受动力作用时的表现,利用大型直剪仪对土工格栅、土工编织布、土工无纺布和砂土界面进行了一系列循环剪切试验,得到了不同工况下界面的剪切刚度和阻尼比,并探究了循环次数与剪切刚度和阻尼比之间的规律。研究结果表明,同一循环次数时格栅-土界面的循环剪切刚度最大,土工编织布-土界面的阻尼比最大;剪切位移幅值为3 mm时3种竖向应力下界面都呈现出循环剪切硬化的特征,随着循环次数的增加,各竖向应力下的界面阻尼比有趋于某一值的趋势;砂土密实度越大,同一循环次数对应的剪切刚度越大,阻尼比越小,且随着循环次数的增加3种砂土密实度的界面阻尼比有趋于同一值的趋势;循环剪切位移幅值为5 mm的界面发生循环剪切软化现象,剪切位移幅值越大,界面同一循环次数的阻尼比也越大。     

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。      

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。     

碎石桩复合地基桩体减震作用研究

地震引起的土体液化和地基失效对岩土工程师而言仍是一个热点问题。地震液化及地基变形可以采用多种地基加固方法防治,碎石桩技术是常用方法之一。碎石桩复合地基抗液化效用主要是增加桩周土体的密度、桩体的排水以及桩体分担地震水平剪应力作用(桩体减震作用)。目前,以抗液化为主的碎石桩复合地基的设计以及效果评价方法仍只考虑加密作用。首先通过3个模型(1个饱和砂土地基模型、2个碎石桩复合地基模型)的振动台试验研究抗液化碎石桩的减震作用。然后以试验记录的模型动力反应以及建立的理论模型为基础,分析碎石桩复合地基的桩体减震作用。试验及理论分析结果表明,复合地基中的碎石桩可以明显地降低作用在桩间可液化土上的地震剪应力。     

基于传递矩阵法的层状土中管桩水平动力阻抗分析

在考虑土体分层特性的基础上,分别建立了管桩桩周土体和桩芯土体的水平振动控制方程。通过引入势函数并考虑桩周土和桩芯土径向位移和环向位移的边界条件及其奇偶性,求得了管桩-土动力相互作用的刚度系数和阻尼系数。将土体模拟为连续分布的弹簧-阻尼器,并考虑桩芯土和桩周土的作用,建立了层状土中管桩的水平振动方程。借助初参数法和传递矩阵法求解了管桩的水平振动,得到了管桩桩顶的水平动力阻抗。通过数值分析,得到了土层剪切模量、管桩壁厚、桩周土和桩芯土剪切模量比、土层厚度等对管桩桩顶动力阻抗的影响规律。土层剪切模量、管桩壁厚、桩周土和桩芯土剪切模量比对层状土中管桩水平振动的影响主要在低频处,土层厚度在较宽的频率范围内对管桩水平振动有影响;管桩壁越厚,桩周土的剪切模量越大时,管桩水平动力阻抗的绝对值越大。     

低围压循环荷载作用下饱和粗粒土的动力特性与骨干曲线模型研究

基床层是铁路路基的核心组成部分,一般为粗颗粒土,厚约2.5～3.0 m,长期直接承受行车荷载的反复作用,其在动载反复作用下的变形特性是评价路基工作性能的关键要素之一。为研究粗粒土在列车循环荷载作用下的应力-应变特性,开展了一系列应力控制的单向循环加载大型动三轴试验,模拟列车动载和路基粗粒料填筑实际情况,包括不同动应力幅值（模拟不同列车轴重）、不同围压（模拟不同埋深）的动三轴持续振动试验。结果表明,在循环荷载作用下,土体刚度变化与振动次数、围压关系密切。根据动应力幅值大小的不同,循环荷载作用下饱和粗粒土的动应变随振次的发展形态可分为3种类型：稳定型、破坏型和临界型。根据试验所得出的动应力-应变关系曲线特点,建立了含围压和循环振次的骨干曲线模型。与传统的骨干曲线模型相比,该模型能反映土体刚度随循环振次的变化,更能反映列车往复作用的实际情况;同时该模型能用于估算路基土体动强度,对铁路路基核心层的动力变形稳定性评价和基于动力变形控制的路基设计具有参考价值。