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。     

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。     

用土工合成材料治理道路翻浆的研究

介绍了各种土工合成材料的排水、隔离、渗滤、加筋等功能作用。根据路基土的物理力学性能和水力性能与土工合成材料的材料特性,决定采用复合土工膜、沥青玻璃布、沥青棉胶布、竹排等,工程实践表明,采用了土工合成材料后,大大减轻了路基冻害现象,不失为一种较为理想的治理路基翻浆冒泥的方法。土工合成材料治理道路翻浆,可以使路基的破损程度降到最低,为车辆运行提供平坦的路面。     

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。     

土工合成材料在多年冻土地区路基病害处治中的应用技术研究

纵向裂缝与不均匀变形是多年冻土地区路基病害的主要类型,成因复杂,久治不愈.综合国内外现有成果,对于路基不均匀变形,根据其成因,分别提出了土工合成材料处治不均匀变形技术与土工合成材料处治路基阳坡变形技术等处治措施.对于路基纵向裂缝,根据其不同分类与不同严重程度,分别提出了土工合成材料处治纵向裂缝技术、柔性枕梁处治技术、边坡分层加筋处治技术等处治措施;根据多年冻土地区路基特点与环境条件,从土工合成材料的强度特性、构造特性、耐久性及抗施工损伤性能等方面,提出了土工合成材料选择时的原则.结合青藏公路纵向裂缝处治工程,研究了土工合成材料处治病害施工技术,解决了该地区使用土工合成材料时的工程关键技术.     

土钉墙数值模拟在干船坞坞墙中应用探讨

从减少基坑开挖过程中坞墙位移和控制坞壁渗水角度出发,利用数值模拟分析,探讨在深基坑开挖中得到广泛应用的普通土钉墙和用于船坞坞室基坑开挖中的复合土钉墙技术,将联合劲性水泥土搅拌桩的复合土钉墙用于干船坞的坞墙结构。从工程探讨角度,研究土钉联合劲性水泥土搅拌桩、预应力锚杆的复合土钉墙在干船坞这一特定条件下的应用问题,并通过分析模拟结果,为干船坞坞墙设计施工过程中安全问题提出一些注意点     

水泥改良土杯型冻土壁融化温度场三维数值模拟

为掌握水泥改良土杯型冻土壁的解冻规律,以南京地铁10号线过江隧道盾构出洞水平冻结加固工程为例,对水泥改良土杯型冻土壁融化温度场进行了三维数值模拟,并研究了导热系数、比热容、相变潜热等因素变化对融化温度场的影响规律。结果表明：冻结水泥土解冻速度受初始温度影响较小,受冻土位置影响较大;解冻过程中,冻土壁外侧1 m处的非冻结土温度先降后升,冻土壁外侧3~7 m处土体温度始终呈下降趋势;随着导热系数减小、相变潜热增大、比热容增大,解冻时间延长;比热容对冻结水泥土解冻过程的影响主要体现在升温阶段,相变潜热主要影响冻土相变阶段,导热系数既影响升温阶段又影响相变阶段。     

加筋土边坡地震稳定性动点安全系数分析方法

对于地震作用下的土工合成材料加筋土边坡,边坡内部结构的动力响应十分复杂,按照已有的安全系数的方法评价比较困难。结合安全储备系数的原理,并考虑到水平方向和竖直方向地震荷载的共同作用,提出求解加筋土边坡地震稳定性的动点安全系数时程分析方法。在理论分析的基础上,分别定义加筋土边坡土体、土工合成材料和筋-土界面的动点安全系数,并建立数值模型。根据所定义的动点安全系数,在计算过程中使用开发的计算工具对动力响应过程中的动力特性数据进行记录、计算和存储,得到加筋土边坡数值模型在地震荷载作用下的动点安全系数。分析结果表明：动点安全系数时程分析方法具有良好的工程适用性;动点安全系数时程分析方法对复杂的加筋土边坡工程进行的地震稳定性分析考虑了加筋土边坡不同结构的综合稳定性,比现有的分析方法更明确地反应出加筋土边坡工程中相对薄弱的结构,对加筋土边坡工程的抗震设计提供一定参考价值;相比水平方向的地震,竖直方向的地震作用对加筋土边坡中筋材和筋-土界面的稳定性影响较大,但对加筋土边坡土体稳定性影响较小。     

液化地基中沉箱码头墙体地震残余变形的有效动应力研究

以变形作为地震工程安全设计的控制标准是近年来逐渐发展的趋势,海港公路工程中大型重力式沉箱码头在液化地基中的地震残余变形的分析是较复杂的。采用定义在应变空间中考虑土体动主应力轴方向偏转影响的多重剪切机构塑性模型的动力有效应力分析方法,分别从地震加速度幅值、码头底部置换砂与码头身后回填砂土的标贯击数、处理范围以及码头宽高比等详细分析了码头地震残余变形随各影响因素的变化规律,结果表明,地震动水平、置换砂处理厚度、标贯击数和码头的宽高比是较敏感的影响因素,对残余变形具有显著的影响,且回填砂的加固存在一个合理有效范围。计算绘出的一系列分布图有助于工程设计者初步预测码头的地震残余变形     

基于蠕变效应的穿越隧道冻结帷幕开挖与支护三维数值模拟

人工冻结帷幕具有显著的蠕变效应。以上海地铁隧道穿越某正运营车站底板施工段为例,将冻土帷幕当作蠕变材料,隧道内土体及上部结构当作弹性介质,与冻结帷幕外围及结构其它部分相作用的土体当作土弹簧处理,运用大型通用MARC有限元程序,对隧道冻结帷幕开挖与支护的时间效应进行了详细地分析,并与实测数据进行比较,说明该种分析方法是可行的。缩短冻结帷幕暴露时间和采用分台阶开挖方式有利于提高车站底板、冻结帷幕和支护结构的稳定性。     

单一贴壁四面体框架绕流场三维数值模拟

四面体透水框架群作为一种新型的防冲促淤措施已经在各种河流工程中得到推广应用,由于其特殊的几何形状,仅依靠常见的量测手段确定其绕流场结构存在较大困难,使得对该类方法防护机理的理解受到限制。在CFD通用程序Fluent平台上建立三维水动力数值模型,对单一贴壁四面体透水框架的清水流场进行模拟,并与超声测速仪(ADV)实测结果进行对比验证。研究表明该数值模型有效地补充了三维复杂流场的物理实验结果,有助于理解四面体框架的防护机理。改变水力参数,计算得到阻力系数C_D相对于雷诺数Re的变化曲线,当Re>105时,单一贴壁四面体框架的阻力系数C_D为一常数值,大小为1.557。     

预应力锚索桩板墙动态响应规律研究

随着公路交通流量增加及超载车辆增多,交通荷载对支挡结构的受力变形特性影响越来越大。通过FLAC3D软件建立预应力锚索桩板墙空间分析模型,并与现场动应变测试结果进行比较,探讨了交通荷载作用下挡墙的受力变形机制。结果表明：交通荷载在路基与挡墙中所反映的影响深度大致都为2 m左右,正常情况下（重型汽车满载、行驶在行车道上）作用在预应力锚索桩板墙上的动土压力大约为该处挡墙静止土压力的10 %。     

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。     

地下连续墙施工影响应力重分布的数值模拟

对武汉市某超大型超深基坑10幅邻近地连墙跳跃式施工过程进行了三维有限差分数值模拟。数值模拟步骤依次为泥浆护壁成槽开挖、混凝土浇筑及混凝土硬化3个过程。泥浆护壁成槽开挖及混凝土浇筑分别采用常静液压力和变静液压力的方式加载,混凝土的硬化过程采用变弹性模量和泊松比的线弹性实体单元完成。数值计算结果与实测数据吻合较好。对单个跳跃式开挖过程墙上土压力的监测揭示了地下连续墙施工影响应力重分布的变化规律。模拟施工完成后10幅地下连续墙上的土压力值沿墙长度方向随静止土压力值上下波动,波谷出现在槽段连接处附近,波峰接近槽段中心轴,波动幅度大小与土体深度有关。分析表明,泥浆压力、混凝土灌注压力及土压力差值是影响墙后应力重分布波动幅度的主要原因,适当的泥浆重度及合理的注浆方式能避免土体扰动。     

土工格栅加筋堆石坝的数值模拟研究

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。