土工格栅低温下蠕变特性试验研究

土工格栅蠕变特性是影响土工格栅加筋结构长期工作性能的重要因素。通过室内蠕变试验,对土工格栅的低温蠕变特性进行了试验研究,结果表明,塑料土工格栅在低温下蠕变特性与常温下明显不同,20 ℃常温状态下1 000 h后,当伸长率接近14 %时且60 % Pmax（Pmax为断裂强度）下,变形仍没有稳定迹象,而在同等荷载下-20 ℃低温状态时,仅100余小时,变形就趋于稳定,且伸长率不足2.5 %。结果表明塑料土工格栅蠕变性能受温度影响很大,并且温度越低蠕变值越小。     

冻融循环对塑料土工格栅拉伸性能的影响

在-25～ 25 ℃环境温度条件下, 采用水中冻融和空气中冻融两种方式, 经过50次冻融循环后, 在15 ℃、 0 ℃、 -10 ℃、 -20 ℃和-35 ℃工况下对土工格栅试样进行了拉伸性能的试验研究, 获得了聚乙烯塑料土工格栅的极限承载力、最大延伸率、 不同延伸率对应的应力值等数据. 试验结果表明, 聚乙烯塑料土工格栅在低温时抗拉性能明显提高, 从 15 ℃降至-35 ℃时, 5%延伸率对应的抗拉强度提高107%, 极限承载力提高19%. 同时, 聚乙烯塑料土工格栅极限延伸率随温度降低呈线形关系降低, 从 15 ℃降至-35 ℃时, 极限延伸率降低80%.     

塑料土工格栅拉伸特性试验研究

进行土工格栅加筋土结构现场试验时,如何将实测应变有效地转换成拉应力对正确分析结构的作用机制具有重要影响。通过室内试验,研究了不同拉伸速率对3种强度的HDPE土工格栅拉伸性能的影响。试验结果表明：土工格栅的拉伸强度和拉伸模量随拉伸速率的降低而降低,峰值应变随拉伸速率的降低而增加。土工格栅强度越高,受拉伸速率的影响越小。在特定的拉伸速率条件下,同一种土工格栅对应2％,5％,10％应变和峰值应变的拉伸强度依次增大,而拉伸模量却依次减小。试验结果具有较强的实用价值。     

环境因素对土工格栅蠕变特性的影响

针对高密度聚乙烯单向拉伸土工格栅进行了一系列不同环境因素条件下的蠕变试验,研究了应力水平、温度、化学作用、施工损伤以及砂土侧限约束等对格栅蠕变性能的影响。结果表明,温度或应力水平越高,格栅蠕变量越大,蠕变速率也越快;常规条件下单向拉伸土工格栅的蠕变临界应力水平不宜大于40%;化学作用可导致格栅蠕变量增大约10%,施工损伤对蠕变的影响非常显著;另一方面,砂土侧限约束下的蠕变特性与格栅的受力状态有关,填料约束以及上覆荷载作用可大幅降低格栅的蠕变量。     

土工格栅加筋橡胶砂强度特性试验研究

橡胶砂作为轻质、耗能填料在土木工程中有广泛的应用前景,但其强度往往会随橡胶含量的增大而降低。土工格栅常用于对散体材料的加筋补强,研究土工格栅对橡胶砂强度特性的加筋效应具有重要意义。基于三轴压缩试验,对3种不同格栅布置方式（1、2、3层）下的干燥橡胶砂强度特性展开研究,重点考察加筋层数对不同围压（50、100、200 kPa）下、不同配比（0%、10%、20%、30%、40%）橡胶砂的强度参数,如峰值强度、似黏聚力、内摩擦角的影响规律。结果表明：土工格栅加筋橡胶砂的强度参数,包括峰值强度、似黏聚力、内摩擦角,相对于未加筋橡胶砂均有明显提高,提高幅度随土工格栅加筋层数的增加而增大,随着围压的降低而增大;土工格栅对配比为20%橡胶砂的强度加筋效应最为明显;土工格栅加筋橡胶砂的强度参数恢复系数与加筋密度之间呈良好的线性关系;土工格栅加筋橡胶砂的强度特性可由试验所得的经验恢复函数较好地估计。     

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。     

双向土工格栅加筋碎石桩单轴压缩试验

对拉伸塑料、焊接聚酯和经编涤纶等3种双向土工格栅加筋碎石桩桩体进行单轴压缩试验,以研究不同双向土工格栅加筋碎石桩桩体的变形和强度特性。研究结果表明:拉伸塑料和经编涤纶格栅加筋碎石桩桩体强度与筋材强度之间呈较好的线性关系,而焊接聚酯格栅加筋碎石桩桩体强度与筋材强度之间的线性关系较差;拉伸塑料格栅加筋碎石桩桩体破坏时其格栅本身拉伸强度能充分发挥,而焊接聚酯格栅和经编涤纶格栅加筋碎石桩桩体,均在这两种格栅远未达到其本身拉伸强度前,因格栅焊接点脱开或横肋从纵肋中抽离而导致破坏,拉伸塑料格栅加筋碎石桩桩体强度要显著高于经编涤纶和焊接聚酯格栅加筋碎石桩桩体强度;在实际工程中可采用双向拉伸塑料格栅来加筋碎石桩桩体,其桩体强度可采用聚丙烯土工编织布加筋碎石桩桩体强度修正公式计算。     

试验条件对土工格栅与膨胀土界面拉拔性状的影响

采用高密度聚乙烯（HDPE）单向土工格栅,以及南水北调中线工程新乡段的膨胀性泥灰岩风化土,在填土尺寸为600 mm×600 mm×600 mm的大型叠环式剪切试验机上进行一系列拉拔试验,研究了土工格栅与试验箱侧壁距离、拉拔速率、上覆荷载大小等试验条件因素对筋土界面拉拔性状的影响。结果表明：不排水条件下,土工格栅与试验箱侧壁的距离,对峰值拉拔力、界面强度与切向刚度的影响不大;拉拔速率较大时,拉拔力增长较快,其拉拔力峰值和界面强度较大;上覆荷载和拉拔力不同,格栅的变形量及筋土相对位移量不同,不同上覆荷载下界面摩阻力沿格栅埋入长度分布的非均匀程度不同,并可导致较小上覆荷载下界面平均摩阻力反而较大的反常行为。     

土工格栅拉拔试验及筋材摩擦受力特性研究

土工格栅与土的相互作用特性是影响土工格栅加筋结构稳定性的重要因素。通过室内拉拔试验,针对不同的上覆荷载,对土工格栅受拉时表面摩擦力分布特征进行了研究。试验结果表明,格栅表面摩擦力沿着格栅纵向逐渐向后传递,并在拉拔的前期增长明显,后期趋于一个稳定值;利用S型曲线模拟了土工格栅的应变与拉拔时间的相关关系。通过不同埋设位置的检测点所得到的格栅即时应变数据,拟合出格栅的三维应变曲面?(x, t);对格栅表面上的摩擦力进行全段积分,得到格栅拉拔力的时程函数T(t)。该试验结果对土工格栅加筋结构设计具有一定的参考价值。     

土工格栅加筋橡胶砂强度特性试验研究

橡胶砂作为轻质、耗能填料在土木工程中有广泛的应用前景,但其强度往往会随橡胶含量的增大而降低。土工格栅常用于对散体材料的加筋补强,研究土工格栅对橡胶砂强度特性的加筋效应具有重要意义。基于三轴压缩试验,对3种不同格栅布置方式(1层、2层、3层)下的干燥橡胶砂强度特性展开研究,重点考察加筋层数对不同围压(50kPa、100kPa、200kPa)下、不同配比(0%、10%、20%、30%、40%)橡胶砂的强度参数,如峰值强度、似粘聚力、内摩擦角的影响规律。结果表明:(1)土工格栅加筋橡胶砂的强度参数,包括峰值强度、似粘聚力、内摩擦角,相对于未加筋橡胶砂均有明显提高,提高幅度随土工格栅加筋层数的增加而增大,随着围压的降低而增大;(2)土工格栅对配比为20%橡胶砂的强度加筋效应最为明显;(3)土工格栅加筋橡胶砂的强度参数恢复系数与加筋密度之间呈良好的线性关系;(4)土工格栅加筋橡胶砂的强度特性可由本文试验所得的经验恢复函数较好地估计。     

挖填交界区格栅加筋路堤的试验和数值模拟分析

在对半挖半填路堤病害及成因分析的基础上,分析了加筋路堤格栅工作机制。通过现场试验,对采用格栅加筋法处理的路堤挖填交界区域进行了原位观测,观测了路堤填土完成时路面沉降、竖向土压力及格栅变形情况。通过建立有限元分析模型,对路堤填筑完成时格栅的拉力及位移进行了分析,并对不同路面荷载和格栅刚度条件下,格栅的拉力与位移进行了计算。结果表明：路堤挖填交界处铺设格栅后,路面局部差异沉降较小。填方区域格栅底部土压力与填土自重应力相当,格栅存在有效加筋长度,在挖填交界面附近产生较大变形和拉力。上层格栅比下层格栅沉降曲线平缓,下层格栅的拉力在交界区域会陡然增大。路面荷载对格栅拉力和位移有一定影响,随埋深增加影响减小,格栅的竖向位移随着荷载增大略有增大,格栅在挖填交界面附近拉力增大。随格栅刚度增大,其拉力也增大,而位移变化很小。     

大型地下洞室高边墙的拉应变准则研究

高地应力等复杂环境下大跨度地下洞室群开挖容易诱发高边墙的脆性拉裂破坏,在Mohr-Coulomb准则基础之上,基于拉应变准则,提出大型地下厂房高边墙破坏的复合拉剪屈服准则。根据弹塑性理论,张拉和剪切屈服分别采用相关联和非相关联的塑性流动法则,详细推导了该准则在有限差分法中的计算格式,并对张拉和剪切屈服面的应力空间进行了分界。利用C语言程序编写的动态链接库文件,实现了该准则在通用软件的科学仿真计算。以高应力地区的拉西瓦水电站地下厂房为工程实例,与FLAC3D自带的拉剪屈服准则相比,基于拉应变准则的计算结果表明,大跨度高边墙拉破坏明显,塑性区以及应力松弛区的面积更小,能合理描述硬岩高边墙的脆性拉裂破坏特征。大型硬岩地下洞室群的计算分析验证了该准则的合理性和实用性     

冻土中单桩抗拔承载力的模型试验研究

以新疆地区某高压输电线冻土桩基础受力分析为背景,在人工冻结条件下,进行了单桩的室内抗拔模型试验.研究了在不同冻结温度下,冻土中单桩在竖向上拔荷载作用下的承载力特性及其力学性状,分析了包括桩的轴力、桩土之间的冻结力沿桩身的分布规律,桩头竖向位移与荷载的关系,并且定量分析了冻结力和承载力与冻结温度的关系.最后,将分析结果与抗压桩进行了比较.成果可为西部冻土地区桩基的设计与施工提供参考依据.     

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。     

冻土的单轴抗压、抗拉强度特性试验研究

在寒区工程建筑物设计中,冻土的抗压、抗拉强度是两个重要的力学指标.在负温条件下,对粉质黏土、黄土和砂土进行单轴抗压和劈裂抗拉试验,研究冻土破坏时的破坏形态、破坏机理、应力-应变曲线和拉应力与径向位移关系曲线的形式,分析单轴抗压强度和劈裂抗拉强度的差异以及这两种强度随土质特性和温度的变化规律.试验结果表明：单轴载荷作用下试样破坏后呈鼓状,且表现为应变软化型塑性破坏特征;劈裂作用下产生沿直径向试样两侧延伸的裂缝,不同土质破坏后裂缝扩展的宽度和深度不同;冻土的抗压强度与抗拉强度均与负温存在很好的线性相关性,随温度的降低而增大;在相同温度条件下,冻土的抗压强度大于其抗拉强度;对于同一种冻土,其抗压强度的温度效应比抗拉强度的温度效应显著.本试验分析结果可为寒区工程的实际应用提供参考.     

冻结作用下粉土-混凝土接触面抗拉强度试验研究

为探究冻结作用下土与结构接触面抗拉强度的影响因素及变化规律, 开展了冻结状态下多种含水率、 温度及干密度的粉土-混凝土接触面抗拉强度正交试验研究。试验结果表明： 在试验温度下,粉土-混凝土接触面的冻结抗拉强度约为饱和黄土的1/10, 粉质黏土的1/10 ~ 1/7; 含水率对接触面的冻结抗拉强度影响最大, 其次是温度、 干密度; 在试验含水率范围内, 接触面的冻结抗拉强度与含水率正相关; 温度降低会增大接触面冻结抗拉强度, 在-2 ℃至-6 ℃, 冻结抗拉强度迅速增长, 在-6 ℃以后, 冻结抗拉强度的增长速率显著减小。结果证明： 低温、 高含水率、 低干密度条件下, 接触面冻结抗拉强度达到最佳; 三种因素对接触面冻结抗拉强度具有不同的影响程度, 其中含水率、 温度影响显著, 干密度影响不显著; 在试验含水率区间内, 接触面冻结抗拉强度随含水率增长呈线性增长态势, 且含水率、 温度之间存在交互作用; 随温度降低, 存在一临界负温, 接触面冻结抗拉强度由迅速增长转为缓慢增长。     

温度和填埋高度引起的垃圾填埋场边坡部土工膜张拉力评价

基于垃圾填埋场边坡部衬垫系统各材料之间的界面摩擦特性,提出了温度和垃圾填埋引起的土工膜端部张拉力的评价方法。以短纤维无纺布、HDPE土工膜组成衬垫系统,进行了不同填土高度下土工膜端部张拉力室外试验。试验结果表明：当填埋高度较小时,作用在HDPE土工膜端部的张拉力主要为温度应力;温差越大,土工膜端部的张拉力越大;随着填埋高度的增加,填埋引起的HDPE土工膜端部张拉力增大。运用提出的评价方法对温度和垃圾高度引起的土工膜端部张拉力进行了评价,并与试验结果进行了对比,评价温度应力时,考虑界面摩擦作用的土工膜张拉力计算结果与实测结果基本一致。     

寒区高吸力非饱和土的破坏准则研究

针对北方寒旱区路基边坡时常因拉剪强度不足而发生浅层滑坡的现象,通过常规三轴试验探究了冻融和高吸力对非饱和土的强度特性影响。结果表明：随着冻融次数的增加,非饱和土的土-水特征曲线逐渐下移,抗拉强度与抗剪强度逐渐减小;随着基质吸力的增加,抗剪强度逐渐增大,抗拉强度逐渐降低。鉴于传统的抗拉抗剪联合公式不能很好地反映经冻融作用之后高吸力非饱和土抗拉区破坏包线的实际情况,通过引入“界值”概念,提出一种新的抗拉区绘制破坏包线的方法对传统公式进行修正,修正后的公式具有很好的适用性,可以为寒旱区非饱和土边坡稳定性计算提供可靠的理论依据。     

微观负泊松比锚杆静力学特性及其工程应用研究

相比于传统的小变形锚杆支护材料,负泊松比锚杆/索材料具有大伸长量、高强高韧、高恒阻力、吸能等优异力学特性。在宏观负泊松比（NPR）锚杆/索研究和应用基础上,何满潮研发了新一代微观NPR钢材料和微观NPR锚杆。目前微观NPR钢材料的静力学特性研究较少,微观NPR锚杆在城市地下隧道工程的适用性有待于现场应用验证。通过室内静力拉伸试验对微观NPR钢的力学特性进行了研究,结果表明本批次微观NPR钢平均伸长率为34.68%;恒阻力值范围为203.9～ 240.7 kN;拉伸全过程表现为均匀拉伸变形;无屈服平台,破断时无明显颈缩现象。通过理论推导,建立了微观NPR锚杆在微静力拉伸条件下的弹塑性增量本构模型。以某路地铁站风道段为工程背景,介绍了微观NPR锚杆施工工艺,现场测试了极限拉拔力、伸长率及锚杆轴力等方面,结果表明,微观NPR锚杆具有高恒阻力及大伸长量等优势。在围岩大变形隧道开展了支护应用试验,验证了其具有良好的围岩大变形控制效果。     

土工格栅加筋膨胀土拉拔试验研究

土工格栅加筋技术对膨胀土地质灾害的防治具有特殊效果,但目前对土工格栅与膨胀土界面特性的研究不足。采用南水北调中线工程新乡段的膨胀性泥灰岩风化土作填料,塑料单向拉伸土工格栅作为加筋体,在叠环式剪切试验机上通过施加不同的竖向荷载对其界面特性进行了拉拔试验研究。研究结果表明,土工格栅在膨胀土中的拔出过程主要经过3个阶段,分别是界面静摩擦力阶段、渐进剪切阶段和整体运动阶段,各阶段受力特性有明显差异;随着法向应力的增大,静摩擦力在界面抗剪强度比值呈对数级增大,从50 kPa时0.20增大至400 kPa时0.57,极限值可达到0.75;对挡土墙、高边坡等加筋设计中应考虑最大静摩擦力所占比重,在格栅的不同竖向高度处所受垂直应力不同,分段设计更加合理。