加筋黄土变形和强度特性的三轴试验研究

用三轴压缩试验方法研究了土工合成材料加筋黄土的应力—应变及强度特性,探讨了在各种不同加筋方式和围压下加筋机理。结果表明,加筋可以增加土体破坏时的轴向应变和土体的抗拉能力,减小土的侧向变形;试验结果发现,并不是加筋层数越多越有利于土体的稳定,而是表现为加筋土的强度与布筋位置和层间距有一定的关系;同时,分析和解释了未加筋土的变形破坏和筋材在土体剪切破坏过程中的阻裂机理。试验研究得出了在土体中部加筋是最经济合理的布筋方式。     

加筋黄土变形和强度特性的三轴试验研究

用三轴压缩试验方法研究了土工合成材料加筋黄土的应力-应变及强度特性，探讨了在各种不同加筋方式和围压下加筋机理。结果表明，加筋可以增加土体破坏时的轴向应变和土体的抗拉能力，减小土的侧向变形；试验结果发现，并不是加筋层数越多越有利于土体的稳定，而是表现为加筋土的强度与布筋位置和层间距有一定的关系；同时，分析和解释了未加筋土的变形破坏和筋材在土体剪切破坏过程中的阻裂机理。试验研究得出了在土体中部加筋是最经济合理的布筋方式。     

横-竖立体加筋地基中附加应力的分析计算

建立了横-竖立体加筋（H-V筋）地基的有限元模型,通过分析地基中的竖向应力分布、水平向位移分布以及筋-土界面相互作用,发现横-竖立体加筋地基中的竖向应力在筋材下方出现扩散和重分布,并逐渐向土体下部传递,使得土体中整体的应力分布更加均匀;同时,横-竖筋材中的竖筋类似于一个侧壁,其提供的垂直侧向力约束了介于竖筋间的土体,限制了土体的侧向水平位移,使得地基中筋材上部土体的侧向水平位移变小。基于有限元模拟对横-竖立体加筋地基加固机制的认识,将横-竖立体筋视为作用在地基上的一维弹性地基梁,通过弹性地基梁理论,根据弗拉曼解推导求解了横-竖立体加筋地基中任意一点竖向附加应力的计算表达式。将模型计算结果与有限元模拟所得结果进行对比发现两者吻合良好。     

加筋土挡墙静载模型试验及其力学性能研究

为研究加筋土挡墙在墙顶荷载作用下土体受力和变形形态,通过改变筋材层数、筋材长度和替换加筋材料等方式对加筋土挡墙进行了4种工况的模型试验。对4种工况下的加筋土墙体内竖向土压力、墙面水平位移、墙顶竖向位移和筋材应变等进行对比研究。研究表明,挡墙上部竖向土压力增长较快且各层竖向土压力最大值由加载点下部向墙面处移动;墙顶荷载超过130 kPa时,由于不均匀沉降,第5层筋材对应墙面处有向内收缩趋势,墙面水平位移最大值大约在上三分点位置;整个加载阶段,筋材总体应变值增幅不大且远小于筋材设计应变峰值;增加挡墙内筋材层数和增加筋材长度均可提升挡墙各方面性能,但增加筋材层数提高效果要优于增加筋材长度;使用废旧轮胎代替单向格栅进行加筋可有效提高挡墙整体性能,分散超载引起的附加应力,有效减小墙面水平位移和墙顶竖向位移。     

无加筋、加筋砂土蠕变特征的有限元分析

根据分级加载条件下的蠕变试验,分析研究了无加筋砂土和土工格栅加筋砂土的蠕变特征,发现蠕变变形与分级加载时的应力水平、初始蠕变应变速率有很大关系,且蠕变后以恒定应变速率重新加载时呈现出刚度很大、近似弹性的行为。针对无加筋砂土和土工格栅加筋砂土提出一种弹黏塑性有限元计算方法。有限元计算过程中,砂土和土工格栅均采用统一的3要素弹黏塑性本构模型。该方法能够对含多个蠕变段的恒定应变速率加载全过程进行模拟。通过试验结果与有限元计算结果的比较,表明所提出的弹黏塑性有限元计算方法能较好地模拟无加筋砂土和土工格栅加筋砂土的蠕变特征,特别是蠕变后重新加载时的刚度很大、近似弹性的行为。     

绿色加筋格宾挡墙工程特性试验研究

为研究绿色加筋格宾挡墙的工程特性,分析其作用机制,进行了包括加筋土体垂直土压力、墙背侧向土压力、拉筋受力变形和面墙变形等内容的测试。在挡墙顶面施加6个荷载水平的加、卸循环荷载,研究了加筋土体中垂直土压力和墙背侧向土压力的大小和分布情况、拉筋应变沿筋长的分布情况、绿色加筋格宾挡墙潜在破裂面以及面墙变形规律等。试验结果表明：挡墙垂直土压力沿筋材方向大致呈均匀分布,墙背侧向土压力沿墙高呈曲线分布,其值小于理论值;第3层筋材应变沿筋长方向呈单峰值分布,第5层呈双峰值分布;与0.3H法和朗肯法相比,试验得到的挡墙潜在破裂面更加靠后;面墙的变形在加、卸循环荷载作用下呈现出弹塑性,最大侧向变形发生在第5层。     

交通荷载下加筋土桥台工作性能试验研究

加筋土桥台因其具有良好的复合体特性,被广泛应用于各项工程建设,研究它在实际工程条件下的工作性能对其设计和推广具有重要意义。加筋土桥台在服役过程中主要承受交通荷载作用,通过室内大比例缩尺模型的加速应力试验,研究交通荷载条件下加筋土桥台的工作性能,考虑加筋间距与筋材刚度的影响,综合分析了不同交通荷载等级和循环次数下桥台变形与筋材应变的变化规律。研究结果表明,加筋土桥台在交通荷载作用下整体变形随循环次数趋于收敛,其顶部沉降、面板水平位移与筋材应变均远小于规范给出的阈值;各变形值随加载时间呈阶梯状发展,不同条件下变形收敛趋势有所差异;增大筋材刚度和减小加筋层间距有利于控制桥台的变形,筋材刚度对变形的控制作用要优于加筋间距;交通荷载作用下面板水平应变与顶部竖向应变并不满足2倍关系,二者之间的定量关系有待进一步研究。     

加卸载作用下加筋垫层变形特征试验研究

加筋垫层由于具有诸多优点而被广泛应用于反复加卸载作用下公路、铁路路基等工程构筑物中。为研究加卸载作用下加筋垫层结构的变形特征,针对加筋与未加筋垫层2组模型,开展了单次加卸载静力试验。测试并获得了不同荷载作用下垫层竖向变形、筋材应变变化规律,对比分析了加筋与未加筋垫层的变形特征,并从能量角度对加筋垫层工作机制进行了探讨。结果表明：与未加筋情况相比,荷载作用下加筋垫层（加载板处）的沉降变形和残余变形更小。加筋后垫层表面（加载板范围外）的竖向变形及其受影响范围均增大,且在卸载过程中垫层表面竖向变形的水平分布曲线特征由“凹”型变为“凸”型,其加卸载曲线呈“∞”型。格宾网筋材应变沿横向呈现非均匀分布特点,其最大应变小于0.06%,筋材始终处于弹性变形状态。加筋垫层中筋材具有储存、释放及横向传递应变能效应,这使得加筋后垫层具有更好的承载能力与弹性性能,进而可降低循环加卸载作用下垫层的塑性变形或累计变形。     

侧限条件下加筋对土体沉降的影响

针对侧限条件下加筋对土体沉降的影响问题,开展离心模型试验,设置三组对比试验,即在试验土体中未铺设筋材、铺设竖向间距分别为5 cm和3 cm间距的筋材,记录土体中典型点沉降量。试验发现典型点沉降随加速度增加而增加,未铺设筋材、铺设5cm间距筋材及铺设3cm间距筋材的土体沉降量依次降低。表明侧限情况下加筋也能够减小土体沉降,而且加筋间距越小,控制土体沉降效果越显著。侧限情况下筋材仍能起作用可能与土体变形不均有关。这种发现有利于深入理解加筋的作用机理。     

土工格栅弹性变形与土体蠕变耦合效应研究

土工格栅在土体加固工程中的应用日益广泛,土工格栅弹性变形与土体蠕变之间存在复杂的耦合效应关系。采用理论分析和现场试验的方法,建立了土工格栅弹性变形与土体蠕变耦合效应模型,推导出了耦合效应本构方程与蠕变方程;通过现场试验和理论计算值,得到土体的应力水平对应变稳定时间几乎不产生影响,对应变速率和应变稳定值影响较大;土体的黏性系数对应变速率与应变稳定时间影响较大,但对应变稳定值影响较小。     

隧道衬砌结构三轴压缩蠕变特性试验研究

使用MTS-815液压伺服系统对隧道衬砌的混凝土试件进行了三轴压缩蠕变试验,当压缩蠕变强度达到混凝土试件抗压强度的85%时进入加速蠕变阶段。分析了隧道衬砌混凝土三轴压缩蠕变变形的特点,确定采用摩尔-库仑准则和Burgers模型串联组合而成的黏弹塑性模型可以合理地描述衬砌混凝土的蠕变特性。组合模型的黏弹性状态与Burgers模型一致,塑性状态与Mohr-Coulomb模型一致,它不仅能够反映衬砌结构蠕变的全过程,且能模拟材料的黏弹塑性变形特性,解决了典型Burgers蠕变模型只能描述黏弹性蠕变的缺陷。同时也研究了三轴试验条件下组合蠕变模型参数的求解方法,得到隧道衬砌混凝土的蠕变参数。     

基于含水劣化特性的隧道围岩时效变形数值计算

基于一种可考虑含水劣化特性的岩石黏弹塑性模型,推导得到了该模型的有限差分格式,并采用C++语言进行程序设计获得了FLAC3D二次开发的动态链接库文件。通过简单模拟试验对程序进行有效性检验表明,模型程序可较好地反映岩石的瞬时弹性变形、衰减蠕变、等速蠕变、含水劣化和塑性变形等特性。通过采用黏弹塑性模型程序对实际的隧道地质模型进行数值分析表明：与自然含水状态相比,围岩处于饱和状态时隧道的拱顶沉降、周边收敛和底鼓位移都出现明显增大,饱和状态下隧道底鼓值约为自然含水状态下的2倍,围岩自稳时间较自然含水状态时减小了40 d左右,严重缩短了二次衬砌的合理时间范围。计算结果与隧道现场实际情况较吻合,有效揭示了隧道大变形灾害的产生机制。运用该黏弹塑性模型程序可较好地分析围岩-支护体系的稳定性,并预测隧道二次衬砌的合理施作时机。     

南宁膨胀土非线性流变模型研究

对南宁非饱和膨胀土进行一系列的加载-卸载固结蠕变试验,得到了不同含水率的膨胀土在不同应力水平下应变-时间曲线和不同时刻的应力-应变等时曲线簇。通过对膨胀土各阶段蠕变变形的分析,得到了膨胀土的固结蠕变是包含有黏弹性变形和黏塑性变形成分的非线性蠕变。采用模型流变与经验流变理论相结合的方法,将膨胀土的蠕变变形分成线性和非线性两部分进行分析,蠕变柔量和线性黏弹性模量随时间减小,而线性黏塑性模量随时间增大。结合膨胀土的线性黏塑性模型和非线性黏塑性经验模型,建立能够描述膨胀土非线性流变的黏塑性本构方程。根据试验所得数据,通过非线性拟合方法得到各模型参数,用该模型进行数值分析得到的理论与蠕变试验结果对比非常吻合。研究成果为实际工程提供了流变变形计算分析的可靠依据。     

考虑温度影响的冻土蠕变本构模型

冰作为冻土的基本组成部分,对冻土蠕变的加速蠕变阶段有重要影响。温度通过影响冻土中冰的冻结与融化过程,及其黏塑性流动,引起冻土结构的强化与弱化,从而成为了决定冻土蠕变力学行为的关键因素之一。同时,外部应力也造成冻土的强化与弱化,影响着冻土的蠕变。通过引入硬化因子与损伤因子来考虑温度、应力造成的冻土材料强化与弱化。硬化因子H代表了蠕变过程中强化效应的大小,而损伤因子D则代表了由弱化效应造成的冻土材料相关参数的折减比例,进而提出了适用于冻土的改进西原蠕变本构模型。该模型预测值与试验数据的比较表明：改进的模型不仅能较好地描述初始蠕变阶段、稳定蠕变阶段,而且相比于传统模型,能更好地描述冻土加速蠕变阶段,具有合理性与一定的实用性。     

湛江黏土的蠕变模型与变参数塑性元件

湛江黏土的蠕变变形在低偏应力下较小,其蠕变等时曲线没有明显的屈服特征而近似为直线,表现为线性蠕变性状;当偏应力达到某一临界值后,在短时间内发展到加速蠕变阶段并发生破坏。从湛江黏土蠕变各阶段的变形机制出发,通过引入服从Mohr-Coulomb塑性流动规律的变参数塑性元件,将该塑性元件与广义Kelvin模型串联,提出描述蠕变全过程的黏弹塑性模型。同时将该模型在FLAC3D中进行二次开发,与FLAC3D中自带的Cvisc模型进行对比验证,结果表明,基于变参数塑性元件的黏弹塑性模型能较好地描述湛江黏土各个蠕变阶段的变形性状。     

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。     

Study on Creep Characteristics and Constitutive Model for Thalam Rock Mass with Fracture in Tunnel

In the each loading stage, strain and creep strain occurs instantaneously on the axial and lateral of fractured. Instantaneous strain leads to the 80% overall specimen deformation. The axial strain is about 2–3 times larger than the lateral strain. Instantaneous strain completed time and deformations under each loading stage decrease when the loading time increases. With the increasing of loading, axial strain and lateral strain of fractured phyllite present the approximate linear curve growth change. With increasing of axial stress, the relationship between the lateral strain and axial strain transform from the linear increased trend to the index increased trend. With the increasing of moisture content, the axial deformation and lateral deformation of fractured phyllite increase. The curves of axial strain and lateral strain under soaked for 10 and 15 days condition are similar. The modified Burgers model can describe each creep stage of fractured phyllite which have high fitting precision, less fluctuation and high reliability. Therefore, modified Burgers model can provide an effective way to analyze the creep characteristics of fractured phyllite.     

泥质砂岩蠕变特性与锚固控制效应试验研究

通过泥质砂岩单轴压缩蠕变试验,揭示岩石蠕变变形与破坏的特点,反映了不同应力路径下的岩石蠕变速率与发展过程,建立了泥质砂岩的非线性蠕变模型,并通过对试件施加侧向刚性约束和锚固约束,以反映地下工程围岩在平面应变状态和支护状态下的蠕变特性。研究结果表明,锚固约束可以显著提高岩石发生稳定蠕变的应力阀值,减缓蠕变速率。根据改进的蠕变方程进行试验数据的拟合,确定了改进的西原模型蠕变方程中的各物理量。与单轴蠕变试验结果对比表明,该模型的计算结果与试验数据吻合较好,说明改进的西原模型可较好地反映岩石加锚后的蠕变特征。研究结果对深部地下工程围岩的变形与稳定控制研究具有重要的指导意义。     

低速缓动滑坡滑带土剪切蠕变特性

滑带土的蠕变特性对低速缓动滑坡的形成演化过程起着控制性作用。本文选取典型的低速缓动滑坡—二庄科北区滑坡的滑带土为研究对象,在不同正应力水平作用下,通过对该滑带土的饱和试样进行直剪蠕变试验,研究了它的剪切蠕变特性。结果表明:该滑带土具有明显的蠕变特性,均包括瞬时变形、衰减蠕变和稳态蠕变3个阶段;随着剪切荷载的增大,衰减蠕变阶段及瞬时变形阶段的变形量均增大,衰减蠕变持续时间更长;其等时应力—应变曲线呈现出非线性特征,且曲线具有明显拐点;在长期荷载作用下出现强度损失,且正应力越大,强度损失越大;随着时间增大,衰减蠕变阶段的剪应变率越来越小,且剪应力越大,剪应变率越大;在蠕变破坏前的阶段,剪应变率随正应力增大而减小,即滑坡埋深越深,滑速越慢。     

基于模型理论和遗传蠕变理论的改良膨胀土非线性流变研究

为研究膨胀土非线性流变,取水泥改良膨胀土样进行长期一维压缩试验,得到了改良膨胀土在不同应力水平下的应力-应变等时曲线簇。将曲线反映的非线性流变分解为线性黏弹性蠕变变形、线性黏塑性蠕变变形和非线性黏塑性蠕变变形三部分。基于模型理论和遗传蠕变理论建立了各部分流变模型,其中在线性黏弹性蠕变变形和线性黏塑性蠕变变形部分采用模型理论建立元件模型,在非线性黏塑性蠕变变形部分运用遗传蠕变理论建立积分蠕变方程,结合试验数据拟合出材料和方程参数,用该模型得到的蠕变曲线与实测结果能较好吻合。