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。     

节点突起影响格栅加筋性能的离散元研究

为研究筋土界面特性及节点突起对格栅加筋性能的影响,采用三维离散元方法,通过副颗粒的引入从构造上对节点处突起进行了模拟,并对含节点突起的三向土工格栅拉拔过程进行了仿真分析,系统研究了筋-土界面剪胀效应,揭示了宏观强度发展与细观组构演化的内在关联,明确了节点突起对格栅工作性能的改善。研究结果表明,傅里叶系数曲线与拉拔力曲线偏离较大,综合考虑法向接触力幅值与各向异性程度的组构演化系数更能准确反映宏观强度的发展;节点突起调整了纵肋内力分布,允许筋-土间发生较大程度的相对位移,更有助于材料性能的充分发挥。研究成果可为从细观角度优化格栅加筋性能提供参考。     

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。     

单、双向塑料土工格栅与不同填料界面作用特性对比试验研究

以上海某植物园加筋土工程为背景,通过一系列室内拉拔和直剪试验,研究了单、双向塑料土工格栅与不同填料（黏性土、砂土）的界面作用特性,对比分析了单、双向格栅的加筋效果和界面剪应力的不同发挥机制,探讨了填料密实度、垂直应力、拉拔速率对界面参数的影响,并就拉拔试验和直剪试验结果进行了对比分析。结果表明,对于单向格栅加筋工况,拉拔曲线和直剪曲线通常表现为应变软化型。然而对于双向格栅加筋工况,其曲线一般表现为应变硬化型;对于双向格栅加筋工况,填料对格栅的嵌锁咬合力增强,宏观上表现为较高的界面黏聚力,加筋效果优于单向格栅;填料密实度、垂直应力、拉拔速率对筋土界面特性具有影响,但其影响程度和机制与填料性质有关。     

三向土工格栅筋土界面及摩擦特性的离散元模拟

为研究筋土界面细观结构演化并定量评价格栅摩擦特性对加筋性能的影响,建立三维离散元模型,运用“clump”较真实地模拟了三向格栅的增强型节点。通过分析拉拔荷载下界面内颗粒及筋材的力学响应,并将其与前人模型试验及理论分析结果进行对比,验证了文中模型的准确性,得出了局部孔隙率以及配位数等细观参数的变化规律。分析格栅表面摩擦系数参数发现,表观黏聚力与摩擦系数具有正相关性,当摩擦系数达到一定值时摩擦角不再增长。统计结果表明,宏观上界面强度提高可归因于细观上的组构优化。分析筋土界面采用的方法和所得的结果可为加筋土结构机制分析提供新的认识。     

砂土与格栅界面相互作用的直剪试验研究

筋材与土体接触面的相互作用较为复杂,它是加筋土工程设计中的关键所在。为了研究筋土界面的作用机制,采用福建标准砂与玻璃纤维土工格栅进行了一系列室内大型直剪试验,较为系统地分析了格栅横肋与纵肋及格栅几何尺寸对于筋土界面强度特性的影响。试验结果表明,格栅的横肋与纵肋在界面强度中均发挥了较大的作用,两者表现为不同的作用机制,当剪切位移较小时格栅横肋的被动阻力和纵肋的摩阻力起到共同承担荷载的作用;随着剪切位移的增大,横肋的被动阻力进一步提升,纵肋发挥了较为显著的提高筋材刚度的框架作用。因此,格栅的纵横肋需要按合理比例搭配才能发挥出较大的筋土界面强度。     

土工格栅筋土拉拔界面的弹性-指数软化模型与性状

土工格栅被广泛应用于路堤、边坡、挡土墙等加筋土工程,而筋土界面分析是研究加筋作用机理的关键。根据土工格栅拉拔荷载下的受力状态,分析了拉拔试验实际剪应力与位移关系,发现界面软化阶段剪应力与位移近似呈指数分布,已有计算模型大多高估了界面剪应力,提出了能够考虑界面渐进破坏及非线性特性的弹性-指数软化模型。通过筋土界面基本控制方程,得到了土工格栅拉拔荷载下不同阶段受力状态的计算模型。对界面剪应力发展历程及分布规律展开了较为细致的研究,同时进行了参数分析,包括剪切刚度、抗拉刚度、加筋长度、软化指数衰减特征系数等。结果表明,土工格栅拉拔过程中,当筋土界面处于弹性阶段时,界面剪应力不均匀性及界面最大剪应力随剪切刚度增大而增加,弹性模量则相反;软化阶段内,加筋长度越长,界面软化现象越明显,加筋长度较短时,可近似认为界面剪应力呈均匀分布;软化指数衰减特征系数越大,界面剪应力波动越大,其峰值往拉拔端移动;进入残余阶段后,界面剪应力由拉拔端向自由端增大且逐渐趋于残余应力。研究成果可为加筋土工程土工格栅选取提供理论指导。     

高摩阻超静定土工格栅在粗粒土夹层中的剪胀作用研究

在加筋土工程中,采用异型格栅和设置粗粒土夹层可以有效增强筋土相互作用。然而粗粒土夹层厚度的确定方法仍有待进一步研究。基于一种带有凸起节点结构的高摩阻超静定土工格栅（high resistance hyperstatic geogrids,简称HRHG）与砾石的直剪试验结果,建立了剪切硬化筋土界面的剪胀本构模型,并进一步研究了筋土剪胀应力在土体内引起附加应力的分布规律。通过开展不同法向压力（30、50、80 kPa）下的直剪试验,研究了不同粗粒土夹层厚度（60、100、140、180 mm）对筋土相互作用的影响,并与筋土界面剪胀应力的分布规律进行了对比分析。结果表明,筋土界面剪胀本构模型可以有效计算剪缩位移和剪胀位移,且最终剪胀位移随法向压力增加而减小。由界面剪胀应力引起的粗粒土中附加应力随着与筋土界面距离的增加而降低,但是剪胀范围逐步增大。粗粒土夹层厚度的增加可以有效提高界面剪切强度,但存在最优夹层厚度使界面剪切强度的增幅迅速降低。最优夹层厚度随着法向压力的增加而减小。通过对比分析最优夹层厚度与剪胀应力比之间的关系,提出了基于筋土界面剪胀本构模型的确定最优夹层厚度的半经验公式,可为HR...     

土工格栅加筋土地基平板载荷试验研究

在近年来的岩土工程实践中,土工合成材料加筋土技术得到越来越广泛的应用。采用平板载荷板试验方法,进行了多组加筋砂土地基模型试验,监测和分析了不同加筋材料（双向格栅与四向格栅）和加筋层数对土工格栅加筋土地基承载特性的影响。研究结果表明：土工格栅加筋土地基与无筋地基相比,承载性能得到改善,双层加筋明显优于单层加筋;土工格栅加筋限制了浅层地基的侧向变形,相同荷载下地基沉降减小,可恢复变形增大;模型试验中测得加筋材料应变和拉力很小,与土工格栅强度相比,拉伸模量对加筋土地基承载力的贡献更大。     

可视大模型加筋土直剪数采仪的研发与应用

研制了一台适用于多种工况下的大尺寸可视直剪试验仪器,可开展不同土工合成材料与土体作用的直剪试验。该仪器改进了加载方式与反力系统,实现了直剪试验正面可视及自动化采集试验数据,并可测量土工物在土中的应变,为探索筋土界面特性与筋土受力机制以及筋土位移分析提供了新的可能。使用新研制的试验装置开展了以砾类粗粒土为填料的土工格栅直剪试验,试验结果表明:加筋土较素土的界面内聚力增加,内摩擦角降低;格栅应变总体随着剪切位移的增加而增大,格栅横肋与土体的嵌阻力快速增大造成格栅应变增长较快,但直剪作用使格栅产生的最大应变值远小于格栅的屈服应变值。素粗粒土直剪界面厚度小于格栅加筋土的界面厚度,在筋土直剪界面处粗粒土主要以平移运动为主,同时部分中小颗粒存在平转位移模式。     

模块面板式加筋土挡墙结构行为试验研究

为研究模块面板式土工格栅加筋土挡墙在墙顶局部荷载作用下的受力和变形状态,并了解其作用机制,通过室内模型试验,进行了包括墙面水平变形和墙顶竖向沉降以及墙体内垂直和水平土压力、附加应力扩散角、侧向土压力系数、土工格栅拉伸应变等分布规律的研究和分析。试验结果表明：墙面累积水平位移沿墙高呈上大下小分布;水平和垂直土压力沿筋长方向均呈从拉筋中部向两端逐渐减小的分布趋势;实测附加应力扩散角较非加筋土体大,基本在40°～75°之间;侧向土压力系数沿墙高的分布在不同断面有所不同;筋材应变沿筋长呈单峰值分布,峰值出现位置距墙脚的水平距离从高到低逐渐减小。     

Disturbed state model for sand–geosynthetic interfaces and application to pull-out tests

Successful numerical simulation of geosynthetic-reinforced earth structures depends on selecting proper constitutive models for soils, geosynthetics and soil–geosynthetic interfaces. Many constitutive models are available for modelling soils and geosynthetics. However, constitutive models for soil–geosynthetic interfaces which can capture most of the important characteristics of interface response are not readily available. In this paper, an elasto-plastic constitutive model based on the disturbed state concept (DSC) for geosynthetic–soil interfaces has been presented. The proposed model is capable of capturing most of the important characteristics of interface response, such as dilation, hardening and softening. The behaviour of interfaces under the direct shear test has been predicted by the model. The present model has been implemented in the finite element procedure in association with the thin-layer element. Five pull-out tests with two different geogrids have been simulated numerically using FEM. For the calibration of the constitutive models used in FEM, the standard laboratory tests used are: (1) triaxial tests for the sand, (2) direct shear tests for the interfaces and (3) axial tension tests for the geogrids. The results of the finite element simulations of pull-out tests agree well with the test data. The proposed model can be used for the stress-deformation study of geosynthetic-reinforced embankments through numerical simulation. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种新的本构模型及参数标定

在现行本构模型研究的基础上,建立了一种全新本构模型,它可以描述4种行为特征：弹性-弹塑性-软化、弹性-弹塑性-硬化、理想弹塑性、弹脆性;其模型参数只有4个,现行模型只是该模型的特例（如：邓肯-张模型）,介绍了模型参数的决定方法,其决定的依据是：模型所描述的行为特征与实测数据之间相关度最优;分析了岩土体破坏后区特征,提出岩土体破坏后区行为可以定义为视应力-视应变特征。并以实例对该模型进行了说明,结果表明,该模型可以描述岩土体的行为特征,并对虚内键模型、弹簧模型和离散单元法等具有借鉴作用。     

土工格栅蠕变特性的试验研究及粘弹性本构模型

土工格栅的蠕变特性是影响土工格栅加筋支挡结构长期工作性能的重要因素。通过实验室内蠕变试验,针对不同荷载和温度组合,对土工格栅的蠕变特性进行了对比试验。通过对试验结果的综合比较,详细地分析了土工格栅载荷-应变等时曲线、蠕变曲线及松驰曲线的变化特征,由此并基于粘弹性理论提出了能够反映土工格栅蠕变特性的粘弹性本构模型,提出了模型参数的合理确定方法。并通过模型预测与试验结果的对比论证了所建议粘弹性本构模型的可靠性     

圆形煤场中桩-网复合地基原体试验研究

在大型圆形煤场中采用桩-网复合地基是火电厂地基方案设计的新思路,该方案不仅要考虑地基土层的强度满足上部荷载的要求,还需要考虑堆载区内土体的变形对环基的影响。通过对圆形煤场中桩-网复合地基原体试验研究,介绍了在大面积堆载下如何进行桩、土及垫层中应力与应变的测试,设计了2套堆载与测试方案,在试验1区铺设了2层土工格栅,而在试验2区未铺设土工格栅。根据在2个试验区所获得的测试成果,研究了大面积堆载对堆载区内外土体变形的影响深度与范围,对比分析了不同高程处垫层与土体的竖向及侧向应力随深度的变化规律,结合堆载区中桩与边桩的桩身轴力变化,计算出上部桩侧土体对桩所产生的负摩阻力,并依据承台顶面附近测得的垫层与土层的应力,计算出桩土分担荷载的比例,以及桩土应力比的大小与变化规律。在此基础上得到土工格栅对大面积堆载区内外土体应变与应力的影响程度,从而可以为大型圆形煤场桩-网复合地基方案的设计与施工提供客观的技术参数与建议。     

Application of geogrids in waste dump stability: a numerical modeling approach

Geosynthetic is widely used to reinforce the weak rock mass, mine waste dump, soil slopes road cut slopes, etc. The present paper discusses the effect of geogrids on the stability of mine waste dump. The stability of mine waste dump has been done by Fast Langrage Analysis of Continua (FLAC) slope software, which is based on finite difference method. Reinforcement by geogrids mainly depends on the tensile strength, aperture size of geogrids, and particle size distribution of dump rock mass. Different permutations and combinations of spacing between two geogrid sheets have been taken into consideration to study the stability of mine waste dump. The factor of safety is calculated to quantify the effect of geogrids on waste dump slope. It has been observed from numerical modeling that the maximum slope angle is 45° at a height of 10 m. The scope of increasing slope angle from 45 to 60° is evaluated using geogrids. It has been found from the study that the factor of safety increases as the spacing between geogrids decreases. Maximum strain is also plotted of each case to identify the slip circle. The positions of geogrids modify the probable slip circle or failure plane of mine waste dump. Using ten geogrids at a spacing of 1 m, the slope angle can be increased up to 60° with factor of safety of 1.4.     

土工格栅与土界面作用特性试验研究

土工格栅与土的界面摩擦特性指标是加筋土工程设计的关键。通过分析土工格栅与土的界面摩擦作用和进行了直剪摩擦试验和拉拔摩擦试验,测试了两种试验条件的界面摩擦特性。在两种试验条件下,土工格栅加筋土复合体的抗剪强度均有界面摩擦角φsq和界面凝聚力csq,且土工格栅与土相对位移量的不同,其复合体的强度机理有区别。在拉拔摩擦试验中,剪应力峰值强度对应的剪切变形值高于直剪摩擦试验中剪应力峰值强度的剪切变形值5～10倍以上。两种试验均有其适用性,而土与土工格栅的相对位移较小时直剪摩擦试验较能反映实际;土与土工格栅相对位移较大时土与格栅双面均发生相对位移,拉拔摩擦试验更为合适。随法向应力的增大,直剪摩擦和拉拔摩擦试验的剪应力峰值以及剪应力峰值对应的位移均提高。直剪摩擦的剪切速度小,剪应力峰值强度高,且达到峰值强度的剪切位移大;增加剪切速度,剪应力峰值强度降低,且对应的位移也减少,其原因是界面上的孔隙水压力消散和筋材的应力松弛。应根据具体工程的需要选择直剪摩擦试验和拉拔摩擦试验确定设计参数。     

土工格栅在加固高速公路路堤中的应用研究

土工格栅应用到高速公路路基中,对土性参数c,? 值有不同程度的改善作用,在一定程度上解决了特殊土的施工问题。土工格栅蠕变试验表明,在相同荷载作用下,强度大的格栅应变较小;并且荷载变化及温度大小对格栅流变性有显著影响。有限元分析是研究加筋作用效果的一种有效方法,它可定性比较多种加筋方案的优劣。利用PLAXIS有限元模拟不同工况下的沉降量,表明土工格栅在限制水平方向位移比限制垂直方向位移更有效。现场荷载试验表明,土工格栅加筋能使路基承载力成倍提高,改善土体应力环境,有效地均衡差异沉降和减少总沉降量。土工格栅对路堤加固有显著作用,值得在实际工程中广泛应用。     

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。     

基于SFG模型的统一屈服面本构模型与试验研究

将SFG模型中的加载湿陷屈服面（LC屈服面）与BBM模型中提出的吸力增加屈服面（SI屈服面）统一成为单独光滑的屈服面,基于弹塑性理论框架,推导出相应的弹塑性本构模型。通过非饱和固结直剪试验对江西红土的模型计算参数的应力-应变曲线与试验结果进行对比。结果表明：模型对多种应力路径下非饱和三轴试验的计算结果与相应试验的测定结果较为吻合,验证了模型能较好地模拟非饱和土在多种应力路径下的体应变行为。统一屈服面简化了加载湿陷屈服面与吸力增加屈服面之间的耦合分析,解决了因双屈服面的不连续而造成计算不便问题,拓宽了SFG模型的适用性。