土工合成材料加筋土柔性桥台复合结构的研究现状

土工合成材料加筋土柔性桥台复合结构（GRS-IBS）是美国针对中、小型单跨桥梁的快速更换问题而提出的一种新型技术,是原有GRS桥台技术的优化与提升。到目前为止,美国积累了10多年的工程经验和研究成果,其中有44个州超过250座桥梁采用了GRS-IBS结构形式进行设计和建造。这些成果主要集中在现场工程监测方面,也有一些关于车辆静载试验和数值分析方面的研究。本文收集、整理了40多座GRS-IBS的工程资料和相关研究成果,即从现场工程监测、车辆静载试验和数值分析3个方面,以案例形式对其研究现状进行归纳总结。结果表明,GRS-IBS整体变形协调性能良好、受环境温度变化的影响小,桥跨结构与桥头引道之间无明显的差异沉降及路面裂缝出现;GRS桥台的沉降与侧向变形基本上能在施工阶段完成,工后沉降及变形均很小;GRS桥台墙面处侧向土压力值很小且分布均匀,不符合朗肯土压力理论,筋材受力亦较小且分布均匀;GRS桥台潜在破裂面的下半段与朗肯主动破坏面吻合较好,但上半段偏差较大,破坏包络面远超出朗肯面。此外,通过数值方法进行影响因素分析,发现小加筋间距和高压实度是保证GRS桥台优良性能的关键性因素;填料内摩擦角、筋-土界面摩擦系数越大,GRS桥台的性能越好。     

土工合成材料的蠕变特性和试验方法

蠕变是土工合成材料应用于永久性加筋土结构中的重要特性。较详细地介绍了蠕变的机理和影响因素、试验仪器、操作步骤和试验成果的整理方法,以及为减短试验持续时间而推荐的时温叠加法和分级等温法,比较了不同规范的要求,同时还简要介绍了土工合成材料的动力蠕变试验和土工泡沫及土工合成材料粘土垫层的蠕变试验以及铺设破坏与蠕变结合的试验,给出了对蠕变研究的一些建议。     

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。     

土工合成材料耐久性的神经网络预测

以BP人工神经网络为工具,利用其强大的非线性映射能力,在综合分析土工合成材料耐久性影响因素的基础上将土工合成材料所处环境的温度、湿度、紫外线照射情况以及土工合成材料的老化时间作为网络的输入参数,以描述土工合成材料耐久性状态的强度和延伸率作为网络的输出,建立了神经网络模型。采用大量试验数据对网络进行了训练和检验,并对土工合成材料的耐久性进行了预测。结果表明,预测值和试验结果比较接近,该网络能较好地反映土工合成材料耐久性与其影响因素之间的非线性映射关系。     

土工合成材料在软土地基处理中的应用

本文主要介绍软土地基的加固处理，利用土工合成材料加筋土垫层联合碎石垫层综合解决软土地基的承载力不足及冻胀问题。对于软土地基二维固结变形，瞬时沉降在地基总沉降量中占有很大的比例，而充分利用表面硬壳层及均匀慢速加载均对减少地基沉降有着显著的效果。     

土工合成材料在沥青路面的应用及其设计

随着交通量和轴载的增加,对路面使用性能的要求越来越高,这也促进了路用土工合成材料产品的不断发展。国内外对土工合成材料应用于沥青路面进行了大量的室内与现场试验及理论分析工作。结果表明,土工合成材料能有效防止各种病害,改善路面的使用性能。对目前土工合成材料在沥青路面结构应用的几种设计方法进行了分析和评价,并根据美国地沥青协会（AI）所提出沥青路面罩面的设计程序,介绍了土工合成材料用于沥青罩面加筋,以减薄罩面厚度的设计方法。     

土工合成材料的蠕变折减系数

比较了获得拉伸蠕变破坏荷载-时间曲线以及蠕变应变-时间曲线的试验方法,给出了外推这两种蠕变曲线数据的处理步骤。用其他研究者和笔者的试验成果说明怎样根据设计使用年限的长期蠕变强度或容许应变,来确定蠕变折减系数,并简要介绍了时温叠加法获得历时更长的蠕变曲线的概念。     

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。     

时温叠加法确定土工合成材料蠕变折减系数

简单地介绍了加速土工合成材料蠕变试验的时温叠加方法原理和,移动因子的计算公式和意义。如果试验所得的曲线有拐点,则相邻曲线既有水平移动也有垂直移动。利用时温叠加方法得到的移动后的应力-时间曲线,可以直接确定土工合成材料设计寿命时的蠕变强度,抗拉强度除以蠕变强度即为蠕变折减系数。还重点阐述了利用时温叠加法确定蠕变强度和蠕变折减系数的步骤和过程,同时给出了具体的算例,并提出了建议和有待改进之处。     

土工合成材料界面作用特性的拉拔试验研究

在土工合成材料加筋土工程中,土工合成材料与填料的界面作用特性是最关键的技术指标,因此利用拉拔试验研究土工合成材料与填料的界面作用特性是非常必要的。以5种不同种类的国产土工合成材料为加筋材料,以砂和石灰粉煤灰为填料,比较了各种土工合成材料与填料的界面作用特性,试验表明:（1）石灰粉煤灰自重较轻,摩擦角高,并且比砂的拉拔系数相对偏高一倍左右,是理想的土工合成材料加筋土工程的填料;（2）土工合成材料的拉拔系数从高到低排序为涤纶纤维经编土工格栅最高,塑料拉伸土工格栅次之,土工网较低,土工织物最低;（3）不同填料、不同土工合成材料的拉拔系数相差较大,具体加筋土工程采用的拉拔系数需要通过拉拔试验确定。这些结论可指导土工合成材料的优选和研究加筋机理。     

土工合成材料界面摩擦特性的室内剪切试验研究

采用自行研制的直剪仪和斜板仪研究了3种粗糙程度的HDPE（高密度聚乙烯）膜分别与砂土、土工布及土工复合材料之间的界面摩擦特性,进行了高垂直应力的直剪试验和低垂直应力下的斜板试验。通过对试验数据进行分析比较,认识了一些HDPE膜界面摩擦特性的变化规律及其影响因素,并对直剪试验结果与斜板试验结果之间的差异进行了初步的研究。     

基于光纤检测技术的夹泥灌注桩模型试验

将分布式光纤传感技术用于夹泥灌注桩定量检测。建立了加热光纤与桩身介质的单层圆筒壁一维传热模型,利用桩体中光纤的温升变化规律检测夹泥桩的含泥量。开展含泥量分别为0、33.3%、50.0%、66.7%、100.0%的夹泥桩光纤检测模型试验,确定合适的加热功率范围和加热时间,并对光纤传感器进行标定,研究不同夹泥桩中光纤温升变化情况和桩身介质导热系数,发现在相同加热功率下,随着含泥量增大,光纤温升速率变快、增加幅度变大。进一步分析表明,含泥量与桩身介质导热系数之间存在确定的线性关系,并推导出两者数量关系式。通过声波检测对比试验,分析了该技术的测量精度。结果表明,桩体含泥量大于10%时,光纤检测法的精度与声波检测法较为接近。通过以上研究,为定量检测灌注桩的完整性提供了一种思路。     

赤泥改性黄土的基本工程性质研究

为探究赤泥改性黄土的基本工程特性,进行无侧限抗压试验、直剪试验及渗透试验,得出赤泥改性黄土的最佳配比,建立了抗剪强度、无侧限抗压强度与电阻率的经验公式。通过动三轴试验,分析了循环动荷载下改性黄土的累积塑性变形、动弹性模量及浸出毒性。结果表明,随赤泥含量增加,改性黄土无侧限抗压强度和黏聚力都先增大后减小,当赤泥含量为15%时其28 d无侧限抗压强度达到3.5 MPa,较不掺入赤泥时提高约34.7%;改性黄土的渗透系数随赤泥含量增加先快速降低,至赤泥含量5%后趋于稳定;改性黄土的抗剪强度、无侧限抗压强度与电阻率呈良好的线性关系;改性黄土在循环动荷载下的临界动应力达600 kPa,最大动弹性模量比未改性黄土高出6倍,且其浸出液不具有浸出毒性。     

云南罗平复杂地层煤矿勘查泥浆体系的研究与应用

云南省曲靖市罗平县红丫口煤矿勘探项目临近大断裂带,受多期构造地质作用影响,走向逆断层发育,且发育有横向平移断层和少量正断层。地层受挤压变形严重,岩层倾角普遍较大,局部直立至倒转,地层破碎。上部漏水严重,下部钻遇多条断层破碎带以及煤系地层,造成钻进效率低下,钻孔事故频繁,甚至钻孔报废,严重影响勘查工作的顺利进行。针对这一系列的施工难题,经过多次研究和反复试验,探索出一种适合该矿区煤矿勘察复杂地层钻进的泥浆,保障了勘查项目的顺利完成。     

贵州盘县石桥矿区地质灾害研究

通过对贵州省盘县某煤矿区地质灾害的实地调查,矿区主要发育的地质灾害主要有滑坡、崩塌、地裂缝、地面塌陷等,其形成与发展固然与自然地质环境相关,但长期较大规模的煤炭资源开发和无序的开采等人类工程活动是主要影响因素,采用科学的煤炭资源开发方案与采矿方法才是避免与减轻地质灾害发生的主要途径。     

生石灰对理化复合法处理淤泥浆效率的影响研究

改性淤泥固化土应用于填方工程既能弥补砂石填料供应短缺的困境,还能解决大宗疏浚淤泥的弃置难题。但当淤泥含水率超高（＞300%）时,纯水泥固化法处理效果极差,而采用絮凝调理联合化学固化的理化复合法可有效解决此类问题。鉴于生石灰具有絮凝和固化双重功效,采用生石灰替代部分水泥可能会进一步提高淤泥浆的理化复合法处理效率。通过十字板剪切试验研究了生石灰替代比对高含水率淤泥浆理化复合法处理效率的影响规律,并通过X射线衍射（XRD）和场发射扫描电镜（FESEM）试验从微观层面揭示了其固化机制。结果表明：生石灰对淤泥浆理化复合法处理效率会产生较大影响,且存在一个最优生石灰替代比,在最优替代比条件下生石灰能显著发挥絮凝和固化双重功效,并有效提高处理后淤泥的早期和晚期强度;从微观试验分析,最优替代比下处理后的淤泥样生成的CSH/CAH/CASH凝胶和钙矾石等水化产物数量最多,孔隙间隙也最小。因此,实际工程中运用理化复合法处理高含水率淤泥浆时,可采用生石灰替代部分水泥以提高处理效率。     

真空加载方式对吹填流泥加固效果及土颗粒移动的影响研究

考虑加载方式的影响开展室内模型试验,对4组相同性质的泥浆试样（含水率为100%）分别采用不同的加载方式,即-80 kPa、-60 kPa→80 kPa、-40 kPa→-80 kPa、-20 kPa→-80 kPa进行加载,加载过程中对试样的出水量、沉降量和侧向变形进行跟踪监测,并对处理后土体的含水率、塑性指数和十字板剪切强度等的空间分布与变化规律进行研究。试验结果表明,（1）真空加载方式对吹填流泥的固结具有比较明显的影响;（2）初始真空荷载为-20 kPa时所得到的土体沉降量最大、强度最高,始终保持-80 kPa荷载情况下所得到的土体沉降量最小、强度最低;（3）从塑性指数的分布特征来看,土颗粒随着土中水的排出发生移动,初始真空荷载越大,这种趋势越明显,部分土颗粒会聚积在排水板周围而导致土体渗透性能的降低,严重时会影响土体的后续固结。建议在流泥淤泥的真空固结过程中采用低初始荷载方式进行加载。     

基于条分法原理的充填型岩溶蓄水构造突水突泥最小安全厚度

首次将条分法引入到充填型岩溶蓄水构造突水、突泥研究当中,基于边坡稳定性分析的条分法原理,对隧道-岩溶充填物-岩溶管道系统进行了抽象概化,建立了充填型岩溶蓄水构造充填物条分解析计算模型。假设充填物在滑动面上各处均达到极限平衡状态,且在滑动面上的破坏服从Mohr-Coulomb破坏准则,通过力的平衡条件推导了充填型岩溶蓄水构造突水突泥的最小安全厚度计算公式,形成了一种求解充填型岩溶蓄水构造突水、突泥最小安全厚度的工程实用解析方法。该方法为岩溶隧道突水、突泥计算提供了一种新思路,计算结果与数值计算吻合性较好且符合实际工程情况,具有一定的理论研究与工程应用价值。     

用赤泥去除酸性矿井水中重金属污染物的初步研究

利用碱性赤泥去除酸性矿井水中的污染物。通过比较不同的赤泥改性方法、赤泥改性温度、反应温度、反应时间及赤泥和矿井水不同的固液比等条件下水样中的pH值和Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb重金属元素的去除率，获得各污染物元素的最佳去除条件。为治理赤泥和酸性矿井水的污染开辟一条新的途径。