筋材布设方式对加筋土挡墙动力响应的影响

针对目前加筋土挡墙设计和施工中筋材布设方式大多为等长形的问题,提出一种倒梯形的筋材布设方式,并基于挡墙位移分区理论和有限差分Flac^(3D)数值模拟,建立加筋土挡墙三维分析模型,探讨不同峰值加速度下3种加筋土挡墙对位移、水平土压力、筋材拉应力及潜在破裂面的影响。结果表明,随峰值加速度增大,挡墙位移逐渐增大,同一荷载作用下,改变筋材布设方式,侧向水平位移减少9.3%,竖向沉降减少5.3%;3种形式挡墙水平土压力相差不大,最大水平土压力分布在挡墙的中下部;筋材拉应力随峰值加速度的增大,沿墙高从单峰型转化为双峰型分布,最大值位于挡墙中下部;潜在破裂面填土区破裂带的形状与筋材的布设方式有关。所提出的倒梯形筋材布设方式对加筋土挡墙的抗震效果更好,可为施工设计中加筋土挡墙筋材布设提供参考。

基于拉拔试验的加筋土界面摩擦特性

加筋土具有良好的工程性能,被广泛应用于加固路基和边坡支挡等领域,筋土界面摩擦强度对支挡结构的整体性和稳定性具有重要影响.为研究不同加筋土的界面摩擦特性,自制拉拔装置,对黏土-土工格栅、黏土-碳纤维布、黏土-土工格室和碎石土-土工格室等4种加筋土进行拉拔试验.研究结果表明,4种加筋土中,土工格室与碎石土的界面摩擦强度最高,构成的加筋体承受变形的能力最强;黏土-碳纤维布构成的加筋体界面摩擦强度最低,但具有筋土间相互作用发挥较快、允许变形小的特点;不同加筋体的允许变形差别较大,在实际工程中应充分考虑.提出了一种考虑土工格室加强区的无黏性土-土工格室界面最大摩阻力计算理论模型,研究结果可为加筋土工程筋材选取提供参考.

基于原型监测的分离式加筋土桥台工作性能数值分析

依托明巢高速公路分离式加筋土桥台工程原型监测,用FLAC2D软件建立桥台数值模型,并将数值模拟得到的桥台受力及变形情况与桥台原型监测结果进行对比验证.考虑到填料类型及其压实工序与填料力学性能的相关性,模拟分析了填料内摩擦角对加筋土桥台工作性能的影响.结果表明:随着填料内摩擦角的增大,分离式桥台的水平土压力和竖向土压力都有所减少,并且竖向位移、水平位移及筋材应变也有所减少;当填料内摩擦角增大到一定程度时,其对承载性能的优化作用有所减少;工程中选取加筋土填料时,根据现场施工情况确定填料的内摩擦角,并权衡工作性能及经济效益,做出合理的选择.

冻融损伤过程中纤维加筋土的抗压性能与裂隙演化

冻融损伤土的微观结构,土中产生微裂隙,宏观上表现为土的力学性能下降。文章完成了石灰固化土和纤维与石灰加筋固化土的冻融试验、无侧限抗压强度试验、CT扫描试验,分析冻融损伤过程中石灰固化土和纤维与石灰加筋固化土的抗压性能与裂隙演化特征,评价纤维对提高土的抗冻融性能的积极作用。结果表明:石灰固化土、纤维与石灰加筋固化土的抗压强度与破坏应变均随冻融次数的增加呈阶段性下降,即降幅较大阶段、降幅较小阶段和强度基本稳定阶段,纤维加筋显著提高了土的抗变形性能;土的压实度越大,纤维加筋提高土的力学性能就越明显;冻融过程中,裂隙主要分布在试样的表面、上部和下部,面裂隙率随扫描层数的增加呈先减小后增大的变化规律;纤维与石灰加筋固化土的体裂隙率、裂隙长度均值、裂隙宽度均值均小于石灰固化土,纤维加筋延缓了裂隙的形成、发展与连通。纤维与石灰加筋固化土的抗压性能与抗冻融性能显著优于石灰固化土,纤维加筋减弱了冻融土的微观结构损伤程度。

稻草加筋土边坡稳定性模型试验

为了研究稻草加筋土边坡的稳定性及变形破坏特征,先后开展了稻草加筋土无侧限抗压强度试验与边坡稳定性模型试验.通过无侧限抗压强度试验得出,在土体中加入稻草,可有效抑制土体的变形,且当稻草加筋率为0.2%、筋材长度为25 mm,即最优加筋条件时,加筋土无侧限抗压强度最大,对试样变形的抑制效果最好.在此基础上,开展了最优加筋条件下的稻草加筋土边坡稳定性模型试验,试验结果表明,相较于素土边坡,稻草加筋可有效提高边坡极限承载力,减小竖向位移;素土边坡与加筋土边坡的水平位移变化趋势均可分为稳定、等速变形和加速变形(包括弱加速变形阶段与强加速变形阶段)三阶段演化,稻草的加筋作用在弱加速变形阶段发挥明显,能显著提高坡体抵抗变形能力;加筋土边坡完全破坏后产生的滑面深而广,且滑面周围小裂隙相对较多,整体性与稳定性均优于素土边坡.

台阶级数对加筋土挡墙地震动力响应影响研究

为了优化加筋土挡墙的结构设计,研究了台阶级数对加筋土挡墙抗震性能的影响程度。基于Flac3D软件建立了加筋土挡墙数值模型,探讨了不同地震峰值加速度(peak ground acceleration,PGA)下不同台阶级数加筋土挡墙的侧向位移、竖向沉降、加速度响应和水平土压力的变化规律。结果表明:4 m/s^(2)峰值加速度下,增加台阶级数,侧向位移减小了61.9%,竖向沉降减小了20.5%;PGA放大系数随着台阶级数的增加而增大,其中加筋区PGA放大系数略大于面板处PGA放大系数;1级加筋土挡墙最大水平土压力位于墙脚处,2,3级加筋土挡墙最大水平土压力位于台阶分级处;水平土压力在台阶分级处大于规范计算值。增加台阶级数能够提升加筋土挡墙的抗震性能,可为实际工程中加筋土挡墙的分级设计提供理论参考。

承重式加筋土桥台工程计算分析与应用

承重式加筋土桥台能够直接支撑桥梁和汽车荷载,具备独立承载竖向荷载的能力,可明显减少桥台与台背填土的差异沉降,能有效控制桥头跳车;但其工程计算分析方法不完善,在国内也缺乏工程经验,因此工程推广应用存在一定的困难。文章介绍了承重式加筋土桥台的特点,并探讨其工程计算分析的内容及方法,包括加筋复合体的内部稳定性和外部稳定性、加筋复合体承载力和帽梁水平稳定性以及沉降的计算分析方法;并以湖北省襄阳市207国道改建工程项目中某单孔简支小桥承重式加筋土桥台设计为例,重点论述该类桥台设计方法及结构验算情况,为承重式加筋土桥台的工程应用提供借鉴。

考虑筋材需用量的双级无台阶加筋土结构优化设计研究

针对双级无台阶加筋土结构上下层高度最优比值的确定,考虑筋材需用量对该结构稳定性与经济性的双重效应,以所需筋材总长度这一具体指标为目标函数,来构建设计的优化方案。通过算例,分析等效加筋土边坡坡角、填土内摩擦角及地震系数等对上下层高度最优比值的影响。结果发现:等效加筋土边坡坡角和填土内摩擦角对上下层高度的最优比值作用明显,因而在设计的优化过程中需特别关注这2个参数;水平地震荷载虽然对上下层高度最优比值有一定的作用,但考虑到地震发生及发生等级都存在较大的不确定性,因此建议在设计优化过程中,忽略地震荷载对该最优比值的影响。

土工合成材料加筋土桥台极限承载力的离心载荷试验

土工合成材料加筋土(geosynthetic-reinforced soil,简称GRS)桥台是桥梁工程的承重结构,对其极限承载力还缺乏清晰的认识。在平面应变条件下开展了5组GRS桥台离心载荷试验,研究了筋材强度、承载区缩进距离和宽度对GRS桥台极限承载力以及破坏模式的影响。试验结果表明,筋材强度对GRS桥台极限承载力影响显著,采用高强度筋材的GRS桥台在加载过程中始终保持稳定。采用低强度筋材的GRS桥台的极限承载力随承载区缩进距离增加而增大,但其增长趋势出现衰减;随承载区域宽度增加,极限承载力降低;现行的半经验半理论公式显著低估了GRS桥台的极限承载力。从试验中和模型拆除后观察,GRS桥台破坏面均从承压区域后缘开始发育,随后向面层方向倾斜向下延伸至约1/2桥台高度处终止;但承载区缩进距离和宽度会影响破坏面的形态和位置。现有方法不能准确地预测GRS桥台破坏面底部终点的位置以及在承载区域下方的形态。增大承载区缩进距离和宽度使得各层筋材应变峰值的位置向桥台内部移动。桥台临空面的存在使得筋材的应变集中于靠近临空面一侧。

基于振动台试验的加筋土柔性桥台抗震设计参数取值方法对比分析

目前土工合成材料加筋土柔性桥台(GRS桥台)在静力荷载作用下的设计、施工已有标准化的技术指南,但对于GRS桥台的抗震设计方法,只有一些原则性和框架性的建议,没有具体参数的取值方法,需要进一步完善。首先对国内、外相关规范或标准中关于加筋土挡墙抗震设计参数取值的方法进行列表汇总与比较,定性地分析其异同。在此基础上,结合1g重力场下的振动台缩尺模型试验监测数据,通过试验实测值与规范取值的对比,检验现有加筋土挡墙抗震设计参数取值方法对GRS桥台的适用性,并提出相关建议。研究结果表明:GRS桥台产生较大变形的临界加速度至少为0.6g,大于一般加筋土挡墙的0.3g~0.4g;在达到临界加速度(0.6g)之前,GRS桥台基本不受损伤且侧向变形增量不超过0.5%,因此建议GRS桥台的抗震设计按桥台侧向变形增量不超过0.5%进行控制。在此前提条件下,国外NCMA、FHWA和AASHTO规范对于水平地震系数的取值方法基本适用于GRS桥台,可用于GRS桥台整体外部稳定性的验算;对于GRS桥台面层顶部局部稳定性的验算,则需借鉴国内公路规范的理念,进一步研究提出更为合理的加速度放大系数取值方法。NCMA规范关于筋材轴力动力增量的取值方法适用于GRS桥台,且在设计上偏于安全;FHWA和AASHTO规范的方法则需修正后才能使用。

水平地震作用下双级加筋土挡墙损伤识别研究

因对台阶式加筋土挡墙损伤识别的研究不足,开展了双级加筋土挡墙的大型振动台试验。采用时域识别方法分析了水平地震作用下模型的动力响应特征,阐述了上、下级挡墙自振频率、阻尼比的分布规律,探究了结构损伤程度与自振频率、阻尼比间的对应关系。研究结果表明:加载前上、下级挡墙的自振频率基本一致,阻尼比随墙高的增加而减小;随着加载工况的累积,自振频率逐渐减小,阻尼比逐渐增大。采用数学方法对自振频率和阻尼比分布曲线进行多项式拟合,对比分析可得:当自振频率减小0~15.41%、阻尼比增大0~299.35%时,结构处于基本完好阶段;当自振频率减小15.41%~18.92%、阻尼比增大299.35%~360.07%时,结构处于轻微破坏阶段;当自振频率减小18.92%~21.29%、阻尼比增大360.07%~398.21%时,结构处于中等破坏阶段;当自振频率减小21.29%~29.60%、阻尼比增大398.21%~532.99%时,结构处于毁坏状态。

包裹式加筋土桥台结构性能现场试验研究

为探究包裹式加筋土桥台结构性能,依托安徽省明(光)巢(湖)高速公路包裹式加筋土桥台项目,进行现场原位监测。通过工后330 d的现场监测,研究了包裹式加筋土桥台面板后水平土压力、桩侧水平土压力、面板水平位移、面板沉降,以及土工格栅应变等分布和变化规律,同时探讨了绕桩格栅截断对面板后水平土压力分布的影响。结果表明:面板后水平土压力沿墙高呈非线性分布,面板中部水平土压力大于其他位置,同时墙趾约束会使底部水平土压力逐渐增大,格栅绕桩截断对面板后水平土压力未造成显著影响;桩侧水平土压力沿高度呈近线性分布,盖梁的存在会使桩侧上部水平土压力偏小;面板水平位移和沉降在工后150~180 d内达到稳定状态,最大变形值均出现在道路中线附近;墙背土工格栅应变随墙高呈非线性分布,随桥台运营时间出现收缩现象。总体上,包裹式加筋土桥台在工后较为稳定,服役期间的监测数据可为今后类似工程设计施工提供参考。

含根量对SANDWICH形加筋土界面剪切强度影响--以红叶石楠为例

SANDWICH形加筋土是一种采用粘土夹砂层以及土工格栅而形成的混合填料形式的加筋土结构。采用一系列直接剪切试验研究含根量、竖向应力等因素对筋土界面强度的影响。试验证明,根系的加入对SANDWICH形加筋土界面最大剪应力有所提升且随着竖向应力的增大,土体抗剪强度增幅大。随着粘土中含根量的增加,筋土界面最大剪应力在不同竖向应力作用下出现先增后减的趋势。根据试验数据,利用拟合软件提出了评价筋土界面剪切强度的经验公式,得出理论上含根量的最优值为4.2%。并通过试验验证了拟合公式的有效性和正确性。

L型加筋土挡墙地震动力响应理论分析

将L型挡墙与加筋土2种柔性支挡结构相结合,充分利用其良好的抗震性能,可用于地震多发区和高烈度区的支挡工程中。研究地震荷载作用下L型加筋土挡墙的破坏机制与动力响应问题。根据第二、第三滑裂面产生条件,提出踵板长度临界系数λ_(cr),以界定长踵板式和短踵板式2种破坏模式。假设填土滑裂面为直线,应用极限分析上限定理,采用Mohr-Coulomb破坏准则,分别建立2种破坏模式下L型加筋土挡墙临界状态方程,推导其地震屈服加速度系数。根据极值原理给出最优解,得到临界屈服加速度系数及其对应的填土滑裂面倾角,分析破坏模式与临界屈服加速度系数受几何参数、物理力学参数和加筋作用的影响。通过算例分析可知:加筋作用可有效地提高L型挡墙的抗震能力,改变其破坏模式;当设计筋材拉伸强度较大时,L型加筋土挡墙只发生长踵板式破坏。

不同面板型式加筋土挡墙振动响应数值分析

以刚/柔组合墙面加筋土挡墙的振动台试验结果为基准,建立刚/柔组合式、模块加返包式、模块式和格宾式面板型式加筋土挡墙的FLAC^(3D)数值模型,研究面板型式对挡墙水平位移、加速度响应及地震土压力分布的影响。结果表明:在静力作用下不同面板型式挡墙的变形模式略有不同;振动作用下,变形大小为组合式<模块加返包式<格宾式<模块式;加筋区内加速度放大系数为组合式>模块加返包式>格宾式>模块式;面板处加速度放大系数均大于加筋区,且面板型式不同,放大规律亦不同;面板型式不同,地震主动土压力非线性分布规律不同;合力作用点位置大多高于M-O方法的H/3,且受加速度幅值影响较小。

棕榈纤维加筋土抗剪强度特性及机理研究

为改善客土喷播后边坡浅层土体强度较低的问题,对棕榈纤维加筋土开展不固结不排水(Unconsolidated Undrained, UU)三轴试验,研究棕榈纤维加筋土在纤维掺量为0.35%、0.55%、0.75%、0.95%,纤维长度为5 mm、10 mm、20 mm、30 mm下不同加筋条件组合对土体抗剪强度特性的影响及其加筋机理.试验结果表明:在粉质黏土中掺入棕榈纤维可以显著提高土体的强度和抗变形能力.极限主应力差在纤维掺量为0.75%、纤维长度为20 mm时达到峰值,较素土提高172.9%;纤维掺量和长度等因素对黏聚力提升显著,较素土提升149.6%.对内摩擦角影响较小,在3°以内变化;对棕榈纤维进行SEM扫描电镜下观察后发现,棕榈纤维表面的沟槽可以增大纤维与土颗粒间的界面摩擦力和咬合作用,从而可以改善土体抗剪强度指标.

模块式空心面板加筋土挡墙面板连接稳定性研究

为揭示预制模块式空心面板加筋土挡墙的面板连接稳定性影响规律,基于极限平衡理论,深入研究了模块式空心面板加筋土挡墙面板连接稳定性。考虑了模块面板的空心率和倾斜角度,计算了筋材连接拉力和面板连接抵抗力,并建立了相应的稳定性分析方法。通过与已有文献结果对比验证了该方法的有效性。进一步对不同因素开展了参数分析。结果表明,增加模块空心率、减小填土内摩擦角和增加加筋间距会降低面板连接稳定性,对挡墙中下部的影响尤为显著;倾斜的加筋土挡墙面板连接稳定性显著降低,对挡墙中上部影响更为显著。

整体现浇面板包裹式加筋土挡墙力学特性研究

为探究整体现浇面板包裹式加筋土挡墙在交通荷载作用下的受力变形特性,以成昆铁路峨米段整体现浇面板包裹式加筋土挡墙为工程背景,利用现场监测数据并运用大型岩土有限元软件midas GTS对整体现浇面板包裹式加筋土挡墙进行了系统研究,实际工程中应适当增加挡墙中部筋带数量,减少加筋间距,增大加筋长度,采用短筋和长筋交替布置的方案,充分发挥筋材的加筋作用,加强挡墙整体稳定性。

考虑时间效应的加筋土挡墙筋材内力解析法与数值法

土工合成材料是一种非线性的弹塑性材料,其长期刚度受到加载时间、应变、环境温度等因素的影响。基于非线性弹性理论,推导了估算工作应力状态下竖直加筋土挡墙潜在破坏面筋材拉力的全量计算方法。并在此基础上以竖直土工合成材料加筋土挡墙为研究对象,结合土工合成材料长期蠕变刚度的表达式,提出了考虑时间效应时估算直立加筋土挡墙筋材内力的解析法表达式。另外还提出一种模拟筋材刚度随时间变化的数值法,将数值法与解析法筋材拉力进行对比分析,能看出两者均能反映筋材最大拉力随工作年限增长逐渐降低,且两者具有较好的一致性。

预制+现浇组合式面板加筋土挡墙力学特性研究

为了分析预制与现浇组合式面板加筋土挡墙在交通荷载下的力学行为和变形特性,研究依托成昆铁路复线挡墙工程,以成昆铁路某段复合式加筋挡土墙结构为研究对象,通过现场实测和数值模拟结合的方式,对加筋土挡墙的力学特性进行了研究,重点分析了面板变形、墙后土压力、基底及墙顶沉降等分布规律。分析结果表明,实际工程中应适当增加挡墙中部筋带数量,减少加筋间距,增大加筋长度,采用短筋和长筋交替布置的方式,可充分发挥筋材的加筋作用,以加强挡墙整体稳定性。