土工格栅加筋土三轴试验研究

通过三轴试验方法,研究了土工格栅加筋土的强度及变形破坏特性;探讨了在不同加筋情况下,土工格栅加筋土强度影响因素及其变化规律;分析了素土和土工格栅加筋土的变形破坏形式及筋材在土体抗剪破坏过程中的变形机理.试验结果表明,加筋后土体的强度和抵抗变形能力明显增强,加筋土加筋效果在中围压下最合理、最有效;土工格栅加筋土应力-应变关系采用固结围压作为归一化因子具有很好的归一化特性,可以用归一化方程来表示.     

土工格栅与粗粒土界面特性的大型直剪试验研究

为分析粗粒土与土工格栅复杂界面作用特性,通过设计改良后的可视化大型直剪设备,采用双向土工格栅为加筋材料,对素粗粒土和加筋粗粒土直剪试验进行界面研究.分别考虑法向压力、粗粒土中的粗粒含量P5等多因素的变化对筋土界面的性质影响.利用高清数码相机对试验剪切过程进行跟踪采集,研究素粗粒土和加筋粗粒土直剪试验过程中剪切面位移场变化规律.结果表明:加筋粗粒土比素粗粒土的内聚力有所增加,内摩擦角有所降低,加筋粗粒土直剪界面区域土体颗粒位移最大值小于素粗粒土的位移最大值,但加筋土界面厚度大于素粗粒土界面厚度.土工格栅对土颗粒的嵌锁作用限制了土颗粒的剪切移动,增强了土体的稳定性,从而提高了土体的抗剪强度.     

土石坝加筋有限元数值模拟

运用复合材料法模拟土工格栅加筋单元,对格栅加筋堆石坝坝顶堆石进行了数值模拟。计算中,土石料采用非线性弹性模型模拟,并用拟静力法模拟地震动荷载。对无地震和有地震两种情况下的加筋效果及加筋层数和格栅模量对加筋效果的影响进行了分析研究,并对格栅加筋机理加以解释。数值模拟结果表明:格栅加筋有利于增加土石坝坝顶堆石的稳定性和抗震性能,随加筋层数和格栅模量的增加,加筋效果愈加显著。     

地震荷载作用下桩承式加筋路堤动力响应分析

桩承式加筋路堤具有工期短,成本低以及沉降变形小等优点,在工程中得到了广泛应用.为了研究地震荷载作用下桩承式加筋路堤的动力特性,建立了桩承式加筋路堤的数值分析动力模型,分析了水平地震波El-Centro作用下桩承式加筋路堤的动力响应.同时,研究了路堤加速度、动剪应力和路堤动位移等动力特性,分析了CFG桩和土工格栅的内力峰值分布.最后,对土工格栅抗拉模量和桩间距进行了参数分析,研究了水平地震荷载作用下土工格栅抗拉模量和桩间距对桩承式加筋路堤动力响应特性的影响.数值分析结果表明:桩承式加筋路堤在右坡面接近坡脚处,剪切应变增量最大;增大格栅抗拉模量能增强桩承式加筋路堤的抗震性能,而且对增强竖向地震稳定性比水平向地震稳定性效果更明显.     

土工格栅加筋拉拔试验界面特性细观分析

筋材与填土界面摩擦特性直接影响加筋效果,其技术指标在工程设计中占重要地位.采用离散元法软件PFC2D,通过双轴试验和格栅拉伸试验确定土颗粒和格栅参数,建立了不同界面的加筋土拉拔试验模型,从细观角度对土工格栅与不同填土界面特性进行分析.试验结果表明:格栅上侧水平位移量比格栅下侧大;拉拔过程中格栅两侧的剪切带宽度不相等,格栅下侧剪切带宽度较大;不同形状颗粒间咬合嵌锁程度不同,咬合嵌锁程度越大,其水平位移量越小,剪切带宽度越大.     

条形荷载下加筋边坡稳定影响因素敏感性分析

结合12 m高土工格栅加筋边坡算例,通过有限元程序Midas/GTS 4.0,对条形荷载作用下边坡加筋与未加筋时的安全系数、最大水平位移与竖向沉降进行了对比分析.根据正交分析方法对10种影响因素,即粘聚力、内摩擦角、填土重度、坡比、坡顶荷载、荷载距离坡顶处间距、荷载宽度、土工格栅长度、格栅弹性模量、格栅铺设层数对加筋土边坡稳定影响因素的敏感性进行分析,给出了各个因素的敏感性顺序.计算结果表明:土体内摩擦角、粘聚力与荷载宽度对边坡稳定性影响最为显著.     

刚柔性桩加筋垫层复合地基承载性状数值分析

对刚柔性桩加筋垫层复合地基的承载性状进行数值分析,通过PLAXIS 3D软件建立三维有限元模型,分析垫层模量、土工格栅层数、桩间距及刚性桩桩长对刚柔性桩加筋垫层复合地基承载性状的影响。结果表明:当荷载较小时,土工格栅层数、刚性桩桩长及桩间距对复合地基沉降影响较小;当荷载较大时,复合地基沉降随着垫层模量、土工格栅层数及刚性桩桩长的增大而增大,随着桩间距的减小而增大;垫层模量和土工格栅模量对桩土荷载分担比的影响较小;增大桩间距,刚性桩和柔性桩的荷载分担比均有所减小;增大刚性桩桩长,刚性桩荷载分担比增大明显,柔性桩荷载分担比略有减小。     

柔性加筋土复合体力学性能试验

为了研究柔性加筋土复合体的基本力学特性,分别对无纺土工布加筋砂、土工格栅加筋砂、"土工布+纤维"综合加筋砂和"土工格栅+纤维"综合加筋砂制作的多组试样完成了一系列组合工况下的无侧限抗压试验.得到以下主要结论:1)土工布的强度和加筋层间距应与砂的密度相匹配,此时,两者协同工作性最好,加筋砂土极限强度高,破坏应变大;2)相同情况下,"土工布+纤维"综合加筋砂的强度比土工布加筋砂的高,但当砂的密度和加筋层间距都较小时,强度提高不显著;3)应变较大时,土工格栅加筋砂的强度明显低于土工布加筋砂的强度,这可能是格栅与砂土的刚度差异过大以致格栅-土界面产生了相对滑动所致;4)纤维的掺入既提高了"土工格栅+纤维"综合加筋砂的强度,又提高了其承受大变形的能力.     

土工格室加筋对橡胶砂动剪模量影响的试验研究

对4种质量配合比(0%,20%,30%,100%)和4种竖向固结压力下的加筋与无筋橡胶砂,进行循环单剪试验,分析土工格室加筋对橡胶砂动剪模量的影响规律。研究结果表明:加筋与无筋橡胶砂的动剪模量均随着动剪应变幅值的增大而减小,随着橡胶含量的增大而降低,随着竖向固结压力的增加而升高,动剪模量曲线均随着固结压力的增大而趋于平缓、非线性特性减弱;土工格室加筋使得橡胶砂的动剪模量有所提高,但是随着剪应变幅值和固结压力的增大,加筋的影响降低;土工格室加筋使得橡胶砂的模量比衰减延迟,但其影响亦随固结压力的增大而减弱。     

土工格栅粉煤灰挡墙加筋作用应用研究

土工格栅加筋土挡墙在土木工程中应用广泛,土工格栅的加筋作用以及筋材在挡墙设计中的计算需要进一步完善．利用FLAC3D有限元分析软件,对未设置和设置土工格栅加筋体的粉煤灰挡墙进行数值模拟分析,研究土工格栅的加筋作用对粉煤灰挡墙稳定性的影响,得到土工格栅加筋挡墙的设计参数．数值模拟结果表明：粉煤灰挡墙高度大于6ITI时,安全系数偏低,需要在粉煤灰挡墙中加筋来提高其安全系数,保证挡墙的稳定性．对墙高为8m的土工格栅粉煤灰加筋挡墙进行模拟分析,当增大加筋间距时,挡墙的侧向和竖向位移都增大,挡墙的最大竖向位移发生在挡墙的上部,最大侧向位移发生在挡墙中下部位;墙高为8m的土工格栅粉煤灰挡墙的合理加筋间距为0．8m     

循环荷载作用下小间距加筋土动力响应特性试验研究

基于山西省太行一号风景道K43+175处加筋土桥台工程,开展不同加筋间距工况条件下加筋砂土的动三轴试验,分析循环荷载作用下加筋间距对加筋砂土动强度、动剪切模量、阻尼比、累积塑性应变等动力响应特性的影响,探讨加筋砂土动力响应特性的演化规律,从而为加筋土柔性桥台复合结构（Geosynthetic Reinforced Soil Integrated Bridge System,GRS-IBS）工程设计中的变形预测和稳定状态评估提供依据。结果表明：随加筋层数的增加,加筋砂土动应力-动应变曲线逐渐由双曲线型过渡为直线型,试样动强度和动模量也随之增大,且加筋越密,增幅越明显;增大围压和增加加筋层数均能减小动剪应变,提升动剪切模量,减小阻尼比;增加加筋层数能有效抑制轴向累积塑性应变随循环荷载作用增长的趋势,因此,在GRS-IBS结构中应控制加筋间距,以提高加筋土的临界循环应力比,保证其处于长期动力稳定状态。     

加筋路堤下涵洞土压力分布规律及计算方法

基于缩尺模拟试验, 通过改变涵洞两侧地基压缩模量用于模拟堤-涵差异沉降, 揭示涵顶加筋作用机理, 确定路堤堆载条件下涵顶土压力分布规律, 并推导建立土压力计算公式。研究结果表明: 同等地基模量条件下, 加筋路堤下的涵顶土压力明显高于普通路堤, 且随格栅层数增加, 堤-涵相对位移减少; 同等加筋条件下, 地基压缩模量越小, 堤-涵相对位移及涵顶土压力均越大; 综合土拱效应与加筋作用机理, 建立加筋路堤下涵顶土压力计算公式, 并与模型试验结果进行可靠性验证。研究结果可为加筋路堤下涵洞结构设计提供依据。     

桩承式加筋路堤三维动力流固耦合分析

为了研究交通荷载作用下桩承式加筋路堤的动力特性,采用FLAC 3D软件建立了路堤的三维动力流固耦合分析模型,对无筋无桩、有筋无桩、无筋有桩、有筋有桩4种情况的路堤在动荷载作用下的竖向位移、水平位移、桩土应力比、超孔隙水压力、加速度等进行了计算分析,对比研究了4种情况下各自的特点,揭示了桩承式加筋路堤的作用机制。数值分析结果表明：交通荷载作用下,桩承式加筋路堤通过桩体土拱效应和格栅加筋效应的联合作用,其路面竖向位移、差异沉降及路堤堤址的水平位移都比其它几种情况明显减小;桩土应力比在刚开始加载时最大,随后逐渐减小并趋于稳定;软土地基中的加速度幅值及加速度趋于稳定的时间都明显减小;软土地基中的超孔隙水压力值也远小于无筋无桩时的值。     

考虑软土软化特性的软基加筋道路动力响应

为了研究交通荷载作用下考虑软土软化效应的低路堤软基加筋道路的动力响应问题,以室内动三轴试验为基础,研究了循环荷载作用下初始偏应力以及荷载作用次数对软土刚度软化的影响,通过回归分析得到了软土在循环荷载作用下刚度软化的经验公式;然后编制了用户子程序将经验公式导入有限元分析软件ABAQUS中,采用ABAQUS对软基加筋与不加筋道路在交通荷载作用下的动力特性进行对比分析.结果表明,软土的软化特性对软基加筋道路的动力响应有重要影响.同时,加筋可以提高道路的整体强度,使土体应力均化,约束土体的水平变形,减少道路的整体沉降,并降低道路的不均匀沉降.     

合肥膨胀土动弹性模量与阻尼比试验研究

以合肥膨胀土为研究对象,利用GDS真动三轴仪对土体进行循环动荷载试验,研究不同围压、固结应力比对土体动弹性模量及阻尼比的影响规律.试验结果表明,合肥膨胀土的骨干曲线可以由双曲线描述;在相同条件下,动弹性模量随着围压、固结应力比的增大而增大,随着动应变的增大先急剧减小后趋于平缓;动弹性模量的倒数与动应变呈良好的线性关系,最大动弹性模量随着围压的增大呈线性增大,给出考虑围压影响的最大动弹性模量回归方程;阻尼比随着围压、固结应力比的增大而减小,采用 Darendeli 模型及依据阻尼比与应变的经验关系,得到动模量比衰减模型及阻尼比模型;不同围压、固结应力比下阻尼比与动模量比的关系归一化后可以由修正Hardin-Drnevich公式描述.     

基坑底部土体满堂加固模型试验与数值模拟研究

为探究基坑底部土体满堂加固对基坑变形和内力的影响,采用室内模型试验方法,研究了基坑底部土体满堂加固对基坑周围地表沉降、冠梁侧向位移、桩身弯矩以及桩后土压力变化的影响。运用ABAQUS有限元软件对模型试验进行数值模拟,将试验数据与数值计算结果进行对比,并分析了加固土体的水泥掺入比和加固深度对基坑变形的影响。结果表明：满堂加固对降低基坑底部隆起效果最为明显,对降低支护结构侧向位移较为明显,对减小地表沉降不明显;通过极差分析法得出,增加加固土体的弹性模量较增加加固深度对抑制支护桩侧向位移及坑底隆起更为有效;当水泥掺入比超过一定范围后,加固效果没有显著提升,建议在含水率为20%左右的软弱土层地区,水泥掺入比一般为5%~20%;土体的加固深度超过一定范围后,控制基坑变形的效果有所提高,但不明显,建议土体加固深度取0.4~0.45倍基坑深度。     

移动荷载下加筋道路系统的动力响应

将加筋道路的面层简化为弹性梁，加筋地基作为横观各向同性体，同时考虑了下卧土层孔隙水的影响，用半解析法对在匀速移动条形线荷载作用下的加筋道路体系的动力响应问题进行了研究.由忽略土粒压缩和土体自重的Biot波动方程出发，对荷载进行Fourier级数展开，假设了响应函数的级数形式，结合边界条件，由待定系数法求解了考虑固液耦合作用的加筋道路在移动荷载作用下的土体位移、有效应力及孔压表达式.求解过程中考虑了面层和加筋地基之间的相互作用，并假设两者在接触面处竖向位移相等.通过计算，分析了加筋率、筋材模量、荷载移动速度等对路面竖向位移的影响.数值分析结果表明，当加筋率在0.010～0.022时，对加筋效果的影响较大；加筋道路路面竖向位移随着荷载移动速度的增大而增大，达到峰值后迅速减小.     

土工格栅加筋路堤抗震优化设计方法研究

为研究路堤工程的抗震设计问题,通过对汶川8.0级地震震区路堤震害进行调查,发现强震作用下未加筋路堤存在边坡坍塌和路而拉裂两种震害模式,而中上部铺设了土工格栅的路堤在强震作用下仍然基本保持完好.路堤顶部铺设长筋,可以阻断路面张拉裂缝向下扩展,从而防止了路堤本体滑坡的形成;路堤中上部铺设短筋,可以抑制坡面土体的侧向变形,从而防止了路堤坡面滑塌.基于震害调查结论,针对路堤常规加筋方案,提出了路堤中上部铺设短筋的加筋抗震优化设计方法.利用有限差分动力强度折减法,分别对常规加筋模型和加筋优化模型的抗震性能进行了计算.计算结果表明,优化设计以后,筋材用量减少了23.1%,路堤最大地震位移减小了19.0%,土工格栅最大受力减小了14%.优化设计不仅减少了土工格栅用最,而且达到了抑制边坡变形、提高路堤抗震性能的效果,为地震灾区路堤工程灾后重建提供了科学依据.     

Model test on sand retaining wall reinforced with denti-strip inclusions

In conventional reinforced soil structures, the reinforcements are often laid horizontally in the soil. In this paper, a new concept of soil reinforced with denti-strip inclusions was proposed and a series of laboratory model tests were carried out on sand retaining wall reinforced with denti-strip inclusions. Besides the horizontal displacements of the facing, the lateral earth pressures acting on vertical elements were measured. A microscopic measurement was performed to investigate the deformation and progressive failure of the sand within model retaining wall. Based on the image analytical technique, the bearing capability and interaction mechanism of reinforced sand retaining wall were analyzed. The model of the initial shear failure and potential failure surface were also put forward. From the experimental results, it is shown that denti-strip inclusions can increase the bearing capability of retaining wall significantly and restrict the facing displacements efficiently, as compared with conventional horizontal reinforcement. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50678100)