防波堤土工织物加筋地基离心模型试验及数值模拟

以黄骅港北防波堤工程为依托,对土工织物加筋软粘土地基及斜坡式防波堤体系的固结过程进行了离心模型试验和有限元数值模拟,通过分析地基土体固结过程中防波堤-加筋垫层-基体系的位移场和应力场的发展及织物拉应力分布和发展,验证离心试验及数值模拟方法的合理性,并得出以下几点主要结论:(1)土工织物加筋垫层的作用机理为其抗拉性限制自身横向变形,通过与附近土体的摩擦作用限制其侧向变形;(2)加筋减小防波堤-垫层-地基体系的高应力水平区,避免堤身与地基高应力水平区域的连通,增强系统稳定性;(3)在离心试验采用的分层地基的条件下,加筋减小了浅层软基和堤身的侧向位移量,对系统总位移有抑制作用;(4)试验中织物替代材料的极限拉伸强度发挥程度较低,其与砂垫层间摩擦强度的发挥水平约为23.8％。     

软土地基上土工织物加筋堤的离心模型试验研究

以黄骅港防波堤工程为依托,对有、无土工织物加筋垫层及不同织物加筋条件下堤坝和软土地基的变形与稳定进行了离心模型试验对比研究。得到了地基土体的竖向与水平位移分布规律以及孔隙水压力的消散特性。研究表明：土工织物加筋垫层的加筋机理源于其对土体的侧限效果,铺设土工织物后能有效地减小地基的沉降,并能够限制浅层土体的侧向变形;为使土工织物的加筋效果能够得以充分发挥,要求织物的强度及模量要与垫层的界面强度相匹配。     

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。     

有纺土工织物加固软土地基可靠性分析

通过室内模型试验，研究了有纺土工织物加筋地基土的横向位移随深度的变化规律、加筋砂垫层的剪应力分布、加筋对地基承载力的影响，以及土工织物预应力处理后对控制地基土早期变形的作用等，还讨论了施工加质量对加固效果的影响，应用实例的成功表明，按研究成果要求实施工程处理是可行的。     

土工格栅加筋垫层加固软土地基模型试验分析

基于压缩、剪切、拉拔、抗拉试验结果分析了土工格栅加筋土的力学特性。通过室内模型试验研究了加土工格栅和不加土工格栅地基土的侧向位移和竖向位移随深度的变化规律、位移场、应力场、应变场。结果表明,土工格栅加筋垫层能有效地改变和阻止塑性区的形成和发展,对下卧软土地基起到扩散应力、均化应力的作用,控制软土地基塑性变形,增强地基延性和刚度,有效地控制地基竖向位移和侧向位移,增强地基的抗剪强度,增强整个地基的稳定性,提高了加筋土体的承载能力,为实际工程应用提供了可靠的理论依据。     

土工织物补强软基的作用机理与整体稳定性分析

《规范》（GB50290-98）规定采用圆弧稳定性分析法计算加筋垫层路堤的抗深层滑动,所得到的最小稳定安全系数往往偏低,未能反映筋材所起的全部作用。经对土与土工织物相互作用的机理分析认为,对于具有中等拉伸强度和变形模量的织造土工织物,由于填土高度的增加使加筋垫层路堤与地基进入极限平衡状态的情况下,会表现出抗剪、抗拔和抗拉3种相互交叉的阻滑补强作用。通过3个现场足尺试验破坏堤段的比较,及对有1层土工织物加筋的试验堤段,按圆弧滑动法求出这3种阻滑机理下的最小抗滑稳定安全系数,说明了采用土工织物的阻滑补强作用效果;在具体工程中,会存在一种主要的阻滑作用机理。利用现场足尺破坏试验的实测资料提出,采用通过沉降最大值的堤基中心点的新的滑弧可使路堤的稳定分析计算更接近实际;在比较加1,2层和不加土工织物时,新滑弧比原滑弧求得的最小抗滑稳定安全系数有明显的增大。     

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。     

土工织物加筋黏性土坡坡顶加载的离心模型试验研究

土工织物加筋技术在工程中得到了广泛的应用,取得了良好的加固效果。但对于土工织物加筋机制尚缺乏明确和统一地认识,加筋理论研究落后于工程实践。为此,进行了坡顶加载条件下土工织物加固黏性土坡和素土边坡的离心模型试验,记录和再现了素土边坡和加筋土坡在坡顶加载条件下的变形破坏过程。主要基于变形分析探讨了黏性土坡在土工织物简单加固条件下的加固效果和加筋机制。结果表明,土工织物加筋可以有效地提高黏性土坡的极限承载力,加筋带的存在改变了土体的位移场,扩大了坡顶加载的影响区域,加筋后滑裂面明显后移。加筋带对土体的局部作用和作用范围,随着土体变形的增大而增大和扩展     

路基岩溶塌陷上方多层加筋垫层荷载分布性状的大比例模型实验研究

采用加筋垫层防治路基下部岩溶塌陷可降低工程造价、确保运营安全,其承载机理和设计方法仍有待系统研究。设计了1∶5的大比例室内模型试验,通过实测和分析塌陷过程中单层、3层与4层土工格栅加筋垫层所受荷载和变形量,分析路基荷载在各层加筋体中的分布规律及垫层变形特征,并以此获得荷载分担系数等关键设计参数。试验结果表明,多层加筋垫层中顶层加筋体承担了40%~54%的上部荷载,而底层加筋体仅承担16%;加筋层数越多,中间层加筋体所分担的荷载越大,且垫层发生的变形量越小;塌陷坑上方土体的土拱效应较为明显,中部土压力的下降幅度和端部增加幅度均比单层加筋体大;陷坑上方土工格栅变形分布呈抛物线关系,且变形量由上往下依次递减。在实测数据分析的基础上得到了多层加筋垫层各加筋层的荷载分担系数,供实际工程参考。     

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。     

圈围工程中高强有纺土工布加筋垫层变形试验研究

应用大刚度、长标距、大量程的SDW-100型位移传感器,采用500 kN/m高强有纺土工布进行室内试验和现场试验,研究高强土工布加筋垫层的变形情况。室内拉伸试验成果表明,位移传感器在每级加荷情形下的变形量与试验机上显示变形量具有较好的一致性,说明该类型传感器用于现场加筋高强土工布的变形测试是适用的,并因此得到高强有纺土工布的变形模量为8314.4 kN/m。现场试验表明,(1) 大堤底部的土工布位移曲线基本表现为盆形,中轴线下的土工布位移量最大;(2) 大堤下部土工布的位移量大小与外棱体的位移方向明显相关;(3) 现场试验中高强土工布的最大实测变形率为11.9%,按室内试验得到的变形模量计算出该计算高强有纺土工布的应力值为837.40 kN/m,表明按照现场实际加荷速率设计的高强有纺土工布强度值偏小;(4) 施工间歇期高强土工布的应力会出现重分布现象,具体表现为大堤轴线下变形量明显减小,现场实测成果与Plaxis有限元计算成果规律性吻合情况较好,试验成果符合一般规律;(5) 土工布的变形率与围堤上部现场施工加荷的速率关系很大,现场施工时设计单位应当提出一个加荷速率控制值;(6) 当高强有纺土工布的强度一定时,土工布的伸长率相对较大有利于快速加荷施工。     

Laboratory Investigation of the Influence of Geotextile on the Stress–Strain and Volumetric Change Behavior of Sand

This paper presents the results of triaxial tests conducted for the investigation of the influence of geotextile on both the stress–strain and volumetric change behavior of reinforced sands. Tests were carried out on loose sand. The experimental program includes drained compression tests on samples reinforced with different values of both geotextile layers (1 ≤ Ng ≤ 3) and confining pressure (\(\upsigma_{\text{c}}^{\prime }\)) varying from 50 to 200 kPa. Tests show that the contribution of geotextile is negligible until an axial strain threshold that range between 2.5% for a confining pressure of 50 kPa to lower than 1% for 100 and 200 kPa confining pressure. At higher values of ε_a, geotextile induces a quasi-linear increase in the stress deviator (q) and volume contraction in the reinforced sand. Tests show a negligible influence of the number of geotextile layers (Ng) on the contribution of geotextile to both stress–strain and volumetric change, when normalized with Ng. Tests also show that the contribution of geotextile to the stress–strain mobilization augments with the increase in the confining pressure, while its contribution to the volume contraction decreases with the increase in the confining pressure. The reinforced soil becomes contracting in the case of 2 and 3 geotextile layers.     

顺层岩质边坡预应力锚索抗震加固机制研究

将顺层岩质边坡的层面考虑为弱面,将其等效为等间距共线多节理的力学模型。预应力锚索加固边坡的锚固模型等效为平面有限宽度岩体节理问题。并将初始应力和地震荷载引起的附加动应力视为远场作用,锚固边坡的受力问题视为远场作用效果和节理面集中力作用效果的叠加。根据叠加原理计算地震荷载作用下裂纹端部应力强度因子,发现位于裂纹端部的预应力锚索能大幅度降低I型裂纹的应力强度因子。以应力强度因子作为岩体的压剪破坏判据解释顺层岩质边坡预应力锚索的抗震加固机制,能很好地解释汶川地震边坡破坏特点。     

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。     

滨海软基上膜袋围堰稳定性分析及沉降预测研究

根据软土地基上膜袋围堰自身特性,考虑土工膜袋纵向抗拉强度的影响,建立了膜袋围堰整体稳定性分析模型,定量研究了土工织物膜袋抗拉力、袋内填充土体强度参数以及膜袋充填厚度对围堰整体安全系数的影响。对膜袋围堰场地进行了现场沉降观测,根据室内软土的固结试验和渗透性试验,结合观测数据对常值参数灰色模型预测方法进行修正,利用修正模型对围堰的长期沉降进行了预测。研究结果表明：围堰整体安全系数随着土工织物膜袋抗拉强度及袋内填充土体强度参数的增大显著增加;随着膜袋充填厚度增大,围堰整体安全系数先迅速降低,后趋于稳定。软土地基的固结特性与其长期沉降有紧密关系,实际预测时应根据不同软土的固结性质选取沉降预测模型,以提高预测精度。     

Shear Strength Response of a Geotextile-Reinforced Chlef Sand: A Laboratory Study

During the last earthquake that occurred in Chlef (El Asnam 1980, Algeria), a significant decrease in the shear strength has caused major damages to several civil and hydraulic structures (earth dams, embankments, bridges, slopes and buildings), especially for the saturated sandy soil of the areas near Chlef valley. This paper presents a laboratory study of drained compression triaxial tests conducted on sandy soil reinforced with horizontal layers of geotextile, in order to study the influence of geotextile layer characteristics both on shear stress–strain and on volumetric change–strain. Tests were carried out on medium and dense sand. The experimental programme includes some drained compression tests performed on reinforced sand samples, for different values of the geotextile layers number (N _g), of confining pressure (\( \sigma_{\text{c}}^{\prime } \)) and relative density (D _r). The test results have shown that the contribution of the geotextile at low values of the axial strain (ε ₁) is negligible, for higher values of (ε ₁); geotextile induces a quasi-linear increase in the deviator stress (q) and leads to an increase in the volume contractiveness within the reinforced samples. A negligible influence of geotextile layers number (N _g) on the stress–strain behaviour and the volumetric change has been shown, when normalized with N _g. The results indicate that the contribution of geotextile to the stress–strain mobilization increases with increasing confining pressure, while its contribution to the volume contraction decreases with the increase in the confining pressure.     

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     

土工织物加固软土路基的机理分析

采用非线性有限元方法对土工织物加固软土路基的效果和机理进行了探讨。对比计算表明，土工织物对软土路基的加固有明显的效果，可使路堤的安全性提高20％以上，使侧向位移减小15％～25％；土工织物对竖向沉降影响的大小则取决于路堤的宽度及土性参数；固结阶段的侧向位移会由于竖向沉降的大幅度发展而发生回缩，工程中需要采用较精密的仪器来探测这种回缩现象；仅铺设土工织物对路基体内孔隙水压力的发展影响不大，若要加快孔压的消散，可与塑料排水板联合使用；为了更好地发挥土工织物的加固效果，土工织物应尽量布置在高应力区域。分析后认为，传统的极限平衡分析方法很难合理地反映土工织物与土之间的变形协调关系，也较难正确地反映土工织物的受力状态及作用机理。     

巴西劈裂法在层状岩体抗拉强度测试中的分析与讨论

为分析巴西圆盘劈裂法在层状岩体抗拉强度试验中的适用性,在以往层状岩体巴西圆盘劈裂试验成果分析基础上,选取层理砂岩为试验对象,设计并进行了考虑不同层理角度的砂岩巴西圆盘劈裂试验。分析结果表明,（1）层状岩体抗拉强度的各向异性特点非常明显,层理角度对各种层状岩体的劈裂抗拉强度的影响规律是基本类似的,只是影响程度不一样;（2）不同层理角度圆盘试样的破裂面形状差别较大,其破坏模式可以归纳为直线型、折线型和弧形型;（3）当层理角度0°＜β＜90°时,破裂面的发展规律不能严格满足巴西圆盘劈裂试验力学理论模型的假定,采用式（1）计算得到的劈裂抗拉强度只能是一个近似的值;（4）当圆盘试样加载线两侧的岩石材料、层理结构对称分布时,加载时圆盘内的应力分布可以较好地满足其理论计算模型,其试验结果比较准确。研究成果可为层状岩体抗拉强度的准确测定提供较好的参考。