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     

加筋土边坡地震稳定性动点安全系数分析方法

对于地震作用下的土工合成材料加筋土边坡,边坡内部结构的动力响应十分复杂,按照已有的安全系数的方法评价比较困难。结合安全储备系数的原理,并考虑到水平方向和竖直方向地震荷载的共同作用,提出求解加筋土边坡地震稳定性的动点安全系数时程分析方法。在理论分析的基础上,分别定义加筋土边坡土体、土工合成材料和筋-土界面的动点安全系数,并建立数值模型。根据所定义的动点安全系数,在计算过程中使用开发的计算工具对动力响应过程中的动力特性数据进行记录、计算和存储,得到加筋土边坡数值模型在地震荷载作用下的动点安全系数。分析结果表明：动点安全系数时程分析方法具有良好的工程适用性;动点安全系数时程分析方法对复杂的加筋土边坡工程进行的地震稳定性分析考虑了加筋土边坡不同结构的综合稳定性,比现有的分析方法更明确地反应出加筋土边坡工程中相对薄弱的结构,对加筋土边坡工程的抗震设计提供一定参考价值;相比水平方向的地震,竖直方向的地震作用对加筋土边坡中筋材和筋-土界面的稳定性影响较大,但对加筋土边坡土体稳定性影响较小。     

落石冲击下预应力加筋土路堤变形及荷载传递机制

针对偏远山区素填土公路在落石冲击下易产生大面积凹陷破坏的问题,提出运用预应力加筋土路堤解决的方法。为了探究预应力加筋土路堤在落石冲击下的变形性能、力学响应规律和荷载传递机制,设计并实施了落石冲击作用下预应力加筋土路堤和素填土路堤对比模型试验。试验发现：预应力加筋土路堤中形成的凹坑尺寸明显小于素填土路堤,体现了预应力加筋土路堤良好的抗冲击变形性能;随着冲击次数的增加,路堤刚度逐渐增加,导致路堤内部冲击附加应力时程曲线逐渐由“抛物线型单峰”转变为“双峰”分布,且预应力加筋土路堤工况中“双峰”的出现早于素填土路堤;落石在预应力加筋土路堤中的冲击力持续作用时间小于其在素填土路堤中的持续作用时间,且分布更趋均匀,更有利于冲击荷载的扩散;随着冲击次数的增加,预应力加筋土路堤内部冲击力传递率呈先增加后减小的变化趋势,与筋材变形规律一致。结合Levenberg-Marquardt优化算法得到了关于凹坑尺寸和冲击次数的预测方法,可为预应力加筋土路堤在崩塌灾害多发地区的工程应用提供借鉴,为工程预警提供参考。     

第三届全国土工合成材料加筋土学术研讨会二号通知

会议主题:(1)加筋土材料特性与设计参数选择;(2)加筋土结构设计理论、准则与计算方法;(3)加筋土新工法、新工艺与新材料;(4)加筋土结构工程实录     

预应力加筋垫层差异沉降控制性能试验研究

差异沉降是造成路面破坏、影响行车速度和引发交通事故的主要因素之一,加筋土技术作为经济性良好的治理措施被广泛应用。为研究预应力加筋土垫层在差异沉降下的变形规律和沉降控制性能,设计了加筋土垫层和预应力加筋土垫层差异沉降对比模型试验。通过对比试验揭示了预应力加筋土垫层对差异沉降控制的有益效果。试验发现:①预应力加筋垫层可以有效地降低差异沉降。②预应力加筋垫层有利于调节软硬路基交界面附近的“断崖式”差异沉降。③预应力加筋垫层对能量的耗散和传递能力更好。④附加应力从垫层传递到路基顶部时发生应力叠加,在该处呈现增大突变趋势。本文研究成果可为预应力加筋土结构在差异沉降频发路段的工程应用和控制性能研究提供借鉴和依据。     

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。     

加筋条件和含水率对加筋土抗压强度和应力应变的影响

由滨海盐渍土的盐胀、溶陷和吸湿软化引起的土的低强度和大变形问题,可通过麦秸秆加筋的方法予以应对。加筋土的抗压强度及应力应变特性与麦秸秆的加筋长度、加筋率和土的含水率有关。加筋土的抗压强度试验结果证实：0.25%加筋率的加筋土抗压强度最大,0.20%和0.30%的次之;50 mm加筋长度加筋土的抗压强度最大,70 mm的最小。0.25%加筋率的加筋土应力应变曲线的峰值最大;随加筋长度的增加,加筋率对应力应变的影响程度降低。随加筋长度的增加,加筋土的应力应变曲线由应变软化型渐变为应变硬化型,以70 mm加筋长度的最为明显。低于最优含水率,应力应变曲线存在峰值;高于最优含水率,加筋土逐渐转向塑性变形。总结麦秸秆加筋土的抗压强度和应力应变的变化规律,为后期的三轴抗剪强度及其偏应力应变特性研究提供借鉴。     

加筋土结构动力特性研究现状综述

加筋土结构优越的抗震性能已在众多历史震害中得到证明,随着公路等级的提高、列车的提速以及加筋土结构应用领域的拓宽,对加筋土结构在地震和交通循环荷载作用下动力特性的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文在大量文献分析的基础上,从试验研究、数值模拟和理论分析方法三个方面论述了已有加筋土动力特性的研究现状,分析了目前加筋土结构动力特性的研究进展,并认为考虑复杂动荷载作用、地震-降雨耦合作用及筋材蠕变条件下的加筋土结构变形及破坏机理研究将成为本领域今后的研究重点和发展方向。     

加筋土动弹性模量的动三轴试验研究

用DDS-70动三轴仪研究了加筋土的动弹性模量,着重研究了动弹性模量随围压、密实度和加筋层数的影响。研究表明：加筋土试样动应力-应变关系曲线符合双曲线模型;加筋土动弹性模量和应变相关曲线与纯粉土的有关曲线相似;加筋土试样的动弹性模量随应力水平的增长而降低;在相同的动应力水平下,随围压、初始干密度的增大而增大。动弹性模量随动应变的增加而减小,其变化呈指数衰减。加筋土的最大动弹性模量与筋体自身性质、围压和土体的密实程度有关。     

土工格栅横肋对加筋砾石强度与变形特性的影响

土工格栅广泛应用于各类加筋土结构工程实践,在这些实际的加筋土结构中,加筋土体一般处于平面应变状态。为了更详尽地描述平面应变状态下土工格栅加筋土的复合力学性状,加深对土工格栅加筋机制的认识,通过以砾石和具有不同横肋数量的土工格栅为研究对象,进行大型双轴压缩试验,探究了平面应变状态下土工格栅横肋对加筋土强度和变形特性的影响。试验结果表明:土工格栅显著提高了加筋土试样的最大轴向应力,最大轴向应力随土工格栅横肋数量的增加而增大;基于数字图像相关(DIC)技术,获得了同一围压下未加筋土和各加筋土试样土颗粒的位移和旋转情况,直观地展现了土工格栅的加筋效果;加筋土试样中土工格栅在双轴压缩荷载作用下的纵向拉伸应变分布规律呈现中部最大、朝格栅试样两端递减的规律;在相同轴向应变条件下,上层格栅的拉伸应变略大于下层格栅的拉伸应变;在相同轴向应力作用下,土工格栅的纵向拉伸应变随横肋数量的增加而减小。     

含水率与加筋率对加筋土抗剪强度的影响规律研究

研究含水率和加筋率对稻秸秆加筋土的强度影响问题,对促进稻秸秆加筋土在边坡生态防护中的推广应用具有重要作用。针对边坡生态防护所采用的稻秸秆加筋土,通过直剪试验研究不同加筋率与含水率条件下加筋土抗剪强度的变化规律。试验通过加水法和烘干法改变6种加筋率（加筋率为:0~0.5%）试样的含水率,然后进行室内直剪试验。结果表明:（1）不同加筋率条件下加水法所得加筋土试样的抗剪强度、粘聚力与内摩擦角均随含水率的增加先增大后减小,并在土体最优含水率14.8%时出现峰值,而烘干法所得加筋土试样的抗剪强度、粘聚力与内摩擦角则随含水率的增加而逐渐减小;（2）加水法与烘干法所得抗剪强度、粘聚力与内摩擦角受含水率的影响均存在临界值,约为19%;（3）在增长率相同的条件下含水率对加筋土抗剪性能的影响大于加筋率。     

加筋土结构中筋材的变形模量和布筋方向对其补强作用的影响

筋材的变形模量和布筋方向对加筋土强度有很大的影响,在这两方向进行的试验研究与理论分析,对加筋土结构的应用具有一定的参考价值。     

草根加筋土的室内三轴试验研究

用室内三轴试验方法研究了草根加筋土的应力-应变及强度特性,探讨了在不同加筋情况下草根加筋土抗剪强度指标的变化规律,分析了素土和草根加筋土的变形破坏模式以及筋材在土体剪切过程中的阻抗机理。试验结果表明：（1）草根加筋土的强度和抵抗变形的能力较素土有显著的增强;（2）对于抗剪强度指标,与素土相比草根加筋土的内摩擦角变化较小（相对变化率绝对值在11 %以内）,但黏聚力增长较大（最大可达9倍）;（3）在草根加筋层数一定的情况下,随着加筋量的增加,草根加筋土的主应力差值、抗剪强度值以及黏聚力值呈现先增加后降低的趋势,亦即加筋层数相同时存在最佳含根量。本研究结果对于深入认识植被护坡机理和合理选择植被密度具有指导意义。     

水位对加筋土护岸挡墙的影响分析

采用有限元方法,分析水位对加筋土护岸挡墙的影响。分析得出水位影响加筋土护岸挡墙的水平位移、土压力和加筋拉力值。     

聚丙烯纤维加筋对高岭土固结压缩特性影响试验研究

工程中为了改良压实黏土的强度和抗干裂性能,将分散的聚丙烯纤维均匀掺入土体中制成纤维加筋土。利用聚丙烯纤维与高岭土在室内人工拌和并压制成纤维加筋土样,基于一维固结试验研究了控制干密度条件下纤维加筋掺量与长度对加筋高岭土固结、压缩特性的影响规律。研究结果表明,在控制干密度和纤维长度条件下,随着纤维掺量的增加,加筋土的固结系数和压缩模量均先增大后减小;掺量为0.2%时固结系数最大,掺量为0.1%～0.15%时压缩模量最大;在控制干密度和纤维掺量条件下,随着纤维长度的增加,加筋土的固结系数先减小后增大,纤维长度为10 mm时固结系数最小;当固结压力较高（≥400 kPa）时,加筋土的压缩模量随纤维长度增大而减小。此外,加筋土的压缩指数总体上随纤维掺量和纤维长度的增大而增大,但纤维掺量为0.15%～0.20%以及纤维长度为10 mm时压缩指数有一极小值。     

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。     

加筋土在香港的应用

香港使用加筋土研究经验及建造方法。施工实例包括建造加筋土挡土吸边坡和软土地基加固工程。     

降低上海软粘土变形效应的加筋试验研究

为改良上海粘土的强度和变形特性,分别采用棕榈和麦秸秆加筋,以提高土的强度和抗变形性能。试验以质量加筋率和加筋长度作为影响因素,分析比较两种加筋土的无侧限抗压强度。试验结果为：(1)棕榈加筋土的无侧限抗压强度高于麦秸秆加筋土,两种加筋土均高于素土。(2)棕榈的适宜加筋条件为：质量加筋率1.0%,加筋长度的平均值15mm;四分之一圆管状麦秸秆的适宜加筋条件为：质量加筋率0.3%~0.4%,加筋长度15mm。(3)棕榈加筋土的应力应变曲线表现为应变强化型,麦秸秆加筋土的应力应变曲线表现为应变软化型。初步试验结果表明,棕榈与麦秸秆均适宜作上海地区粘土的加筋材料,加筋效果棕榈优于麦秸秆。     

加筋率对稻秸秆加筋土开裂特性的试验研究

针对花岗岩残积土边坡生态防护采用的稻秸秆加筋土,通过室温与模拟日照条件下的加筋土开裂试验研究稻秸秆加筋率对土体开裂性能的影响规律,结果表明:室温条件下稻秸秆加筋率为0.3%,0.4%和0.5%的试样均未发生开裂;模拟日照条件下加筋土试样开裂过程按裂缝宽度发展速度可分为缓慢发展Ⅰ、快速发展Ⅱ、缓慢发展Ⅲ和稳定发展Ⅳ4个阶段,快速发展阶段加筋率0%,0.4%,0.5%的试样均完成70%以上的裂缝开裂宽度,加筋土样含水率呈现出快—慢—快—慢的变化过程,而裂缝宽度呈现快—慢—稳定的变化过程,稻秸秆对试样具有保湿作用,但加筋率过多会导致土样中的空隙增大,为水分蒸发提供通道;稻秸秆加筋土开裂的界限加筋率应为0.3%,其结果可为稻秸秆加筋土生态防护设计提供借鉴。     

纤维加筋土工程性质研究进展

纤维加筋是一种新型的土体改良技术,是指将分散的纤维丝均匀掺入土体中,达到提高土体的工程力学性能的目的。本文根据国内外近20a来在该领域取得的成果,着重对纤维加筋材料、纤维加筋土的工程性质及加筋机理等方面的研究进展进行了介绍。在纤维加筋材料方面,主要有人工合成纤维和自然纤维两种; 在纤维加筋土工程性质方面,纤维加筋能有效提高土体的抗剪、抗压、抗拉强度和承载力,增加土体的破坏韧性和渗透性,降低膨胀土的胀缩性和裂隙发育程度; 在纤维加筋机理方面,目前主要认为纤维的加筋效果主要取决于纤维-土界面的力学作用,即界面黏聚力和摩擦力。最后,针对目前纤维加筋土的研究不足,提出了今后该领域的研究重点和方向,主要包括: 开发简单可行的纤维土施工器具和工艺、开发更专业的纤维产品和降低纤维成本、开展大尺度模型试验和现场试验、纤维-土界面作用机理研究、纤维加筋土的破坏和失效机理研究、纤维加筋土的力学模型及计算理论研究、纤维加筋土的动力学特性研究等。