土工格栅单向和循环拉拔特性研究

【目标】研究路基填土中土工格栅筋材特性及其固土机理,分析法向应力、压实度和拉拔速率对筋材抗疲劳性能的影响。【方法】开展了一系列大型单向拉拔试验、单向循环拉拔试验、双向循环拉拔试验,对法向应力、压实度和拉拔速率等相关参数进行了分析。在完成单向循环拉拔试验和双向循环拉拔试验后,再次对筋材进行单向拉拔试验,以对比分析筋材在循环反复荷载下的力学特性。【结果】土工格栅拉拔阻力与法向应力和压实度均呈正相关关系,提高法向应力和压实度均能提高筋材的拉拔强度。提高压实度,更容易促进填土与筋材的嵌固作用,发挥出加筋优势,提高加筋土的抗剪强度和力学稳定性。在1.5 mm/min拉拔速率下,筋材的峰值拉拔阻力最高,未出现筋材拉拔阻力随着拉拔速率变化持续增大或减小的一般规律。拉拔速率与筋材拉拔阻力存在一个阈值,增大拉拔速率会使筋材更快速地发挥功效,致使拉拔阻力更快达到峰值,这也导致筋材性能没有充分发挥,未达到理想强度便进入应变硬化阶段。在循环拉拔试验中,随着循环次数增加,残余应变减少且拉拔峰值阻力增高。第2次循环之后,筋材拉拔阻力增加速度变缓,残余应变差异较小。【结论】参与循环拉拔试验的筋材拉拔峰值阻力均有所提高,参与双向循环拉拔试验的筋材力学性质表现得更为稳定。

土工格栅处置老路抬高路基加宽工程的数值分析

采用有限差分软件对老路抬高路基加宽工程的路基变形、水平应力集中及格栅处置进行数值分析。结果表明,新老路基的差异沉降是老路上部共同作用层出现水平拉应力集中的根本原因,采用土工格栅对老路上部共同作用层进行处置是控制路基顶面变形和水平拉应力集中的有效措施;在地基模量变化时格栅处置对最大沉降点沉降的控制效果优于老路中心,在抬高高度变化时格栅处置对老路中心沉降的控制效果优于最大沉降点;水平拉应力对差异沉降较敏感,在软土地基和老路抬高高度较小时,有必要采用土工格栅对老路上部共同作用层进行处置。

土工格栅加筋粉煤灰改良黄土力学特性研究

随着西部黄土地区城镇化进程的加快,填挖结合的新增用地方式要求地基处理技术需要重点解决填方区的强度与变形问题。论文将粉煤灰作为改性填料对黄土进行改良,通过直剪试验、三轴试验、湿陷试验与扫描电镜试验,分析不同粉煤灰掺入比条件下加筋与未加筋黄土试样的强度变化规律、宏观破坏特征和微结构特征。结果表明:采用粉煤灰改良和土工格栅加筋后,黄土的最优含水率增大,最大干密度降低。当粉煤灰掺入比λ=20%时,加筋改良效果最好,黄土的峰值强度、残余强度和等效内摩擦角均有大幅提高,侧向变形显著减小,且能有效降低其湿陷性。微结构分析表明:粉煤灰对黄土的改良主要体现在颗粒直接填充和化学结晶体交织成的网状填充两种类型的强化作用,改良后黄土的孔隙率与孔隙尺寸均有所下降。研究结果可为黄土地区填方边坡与填方路基的改良加固提供参考。

高摩阻超静定土工格栅在粗粒土夹层中的剪胀作用研究

在加筋土工程中,采用异型格栅和设置粗粒土夹层可以有效增强筋土相互作用。然而粗粒土夹层厚度的确定方法仍有待进一步研究。基于一种带有凸起节点结构的高摩阻超静定土工格栅(high resistance hyperstatic geogrids,简称HRHG)与砾石的直剪试验结果,建立了剪切硬化筋土界面的剪胀本构模型,并进一步研究了筋土剪胀应力在土体内引起附加应力的分布规律。通过开展不同法向压力(30、50、80 kPa)下的直剪试验,研究了不同粗粒土夹层厚度(60、100、140、180 mm)对筋土相互作用的影响,并与筋土界面剪胀应力的分布规律进行了对比分析。结果表明,筋土界面剪胀本构模型可以有效计算剪缩位移和剪胀位移,且最终剪胀位移随法向压力增加而减小。由界面剪胀应力引起的粗粒土中附加应力随着与筋土界面距离的增加而降低,但是剪胀范围逐步增大。粗粒土夹层厚度的增加可以有效提高界面剪切强度,但存在最优夹层厚度使界面剪切强度的增幅迅速降低。最优夹层厚度随着法向压力的增加而减小。通过对比分析最优夹层厚度与剪胀应力比之间的关系,提出了基于筋土界面剪胀本构模型的确定最优夹层厚度的半经验公式,可为HRHG在工程中的设计或应用提供参考。

珊瑚砂与土工格栅界面的剪切特性及本构模型

采用南海原位级配珊瑚砂和聚丙烯双向土工格栅,开展了不同法向应力下珊瑚砂和筋土界面大型直剪试验。试验结果表明,珊瑚砂和筋土界面剪应力—剪切位移曲线呈现明显的应变软化特征,峰值抗剪强度线呈现双折线形态,残余抗剪强度线则呈现较好的线性关系;各级法向应力下珊瑚砂与土工格栅界面摩擦比均值达到1.37左右,远高于石英砂与土工格栅界面摩擦比,说明在珊瑚砂中加筋能充分发挥加筋效果;珊瑚砂和筋土界面在剪切过程中总体上经历了相对剪缩—相对剪胀—相对剪缩的过程,对珊瑚砂加筋可显著减小其剪缩变形;珊瑚砂和筋土界面直剪试验试样的相对破碎率接近,均随法向应力的增大而增大,但增幅逐渐趋缓。采用邓肯—张模型和剪切软化模型分别描述南海原位级配珊瑚砂与聚丙烯双向土工格栅界面峰前和峰后剪应力—剪切位移曲线,所建立的筋土界面本构模型能够很好地反映其剪切特性。

新型单向拉伸土工格栅在边坡加固中的性能初步研究

单向拉伸高密度聚乙烯(HDPE)土工格栅是一种具有高断裂强度和低蠕变率的拉伸格栅筋条,最大幅宽4m,最大抗拉强度可达260kN/m。本文以一典型加筋边坡工程为例,将其与常规土工格栅进行加固计算对比。通过结果分析:新型土工格栅抗拉强度和屈服强度比常规土工格栅提高约63%;在相同土工格栅布置的情况下,可有效提高边坡整体稳定系数约18%;在相同的边坡加固效果下,采用新型土工格栅可显著节省筋材用量约36%;在相同的边坡稳定状态下,采用新型土工格栅可显著增加边坡填筑高度约67%。因此,该新型土工格栅在边坡加固中具有显著的优势和广阔的应用前景。

循环荷载作用下土工格栅加筋黄土动力特性研究

【目的】由于黄土所具有的结构疏松、抗剪性低,以及对水、力及震动都十分敏感等工程特性,故探究采用双向土工格栅对西宁地区黄土加筋前后土体动力性能的改善效果。【方法】采用GDS双向动三轴测试系统开展不同加筋层间距、不同围压、不同动应力幅值工况条件下加筋黄土的动三轴试验,分析循环荷载作用下加筋层间距对黄土动强度、动剪切模量、阻尼比等动力响应特性的影响,探讨分析加筋黄土动力响应特性的演化规律。【结果】结果显示:黄土动应变随着动应力的增大而增大,骨干曲线呈现应变强化型,并且骨干曲线随加筋层间距的减小逐渐由曲线型过渡为直线型;随着加筋层间距的减小,黄土强度随之增大,随着围压和加筋层间距的增加,黄土幅值剪应力明显增大,动剪应变减小,阻尼比明显减小。【结论】结果表明:围压和加筋层间距对加筋黄土的动力特性具有显著的增强作用,且存在一个最优加筋层间距。研究成果可为西宁地区加筋黄土道路设计提供参考依据。

土工格栅加筋橡胶碎石动力特性试验研究

土工格栅加筋是提升橡胶碎石混合料承载能力的重要方式。为探究土工格栅加筋橡胶碎石复合体动力特性及其作用机制,基于分级循环荷载作用下大型三轴试验,对3种代表性橡胶掺量碎石混合料进行不同层数土工格栅加筋,分析其累积塑性应变、滞回曲线发展演化规律,对比动弹性模量、阻尼比等动力特性关键参数,探讨耦合作用影响机制。研究结果表明:同级动应力作用下土工格栅加筋可减缓累积塑性应变的增大,随着加筋层数的增多,加筋效果更为明显;橡胶掺量增加可提升试样延性,但导致承载能大幅降低,不利于筋材加筋效果的发挥;滞回曲线形态主要取决于橡胶掺量,随着橡胶掺量增加,其形态更加饱满、倾斜,其排列更加稀疏;土工格栅加筋可提升复合体动弹性模量,并随筋材层数增多呈现出明显增长阶段;橡胶掺量对阻尼比初始值以及变化趋势产生主要影响。

土工格栅加筋砂土的三轴试验研究

为研究土工格栅的加筋机理,文章设计了3种不同网格尺寸的土工格栅,采用应变控制式三轴仪进行加筋砂土的不固结不排水三轴剪切试验,探究土工格栅网格尺寸、加筋层数及围压对砂土强度特性的影响。试验结果表明:未加筋时,砂土主要表现为中上部鼓胀破坏,随着加筋层数的增加,砂土的破坏形态依次转变为中部鼓胀破坏和剪切破坏;素砂和加筋砂土的偏应力-轴向应变曲线表现为应变软化型。不同网格尺寸的土工格栅对砂土的强度特性影响不同,土工格栅网格尺寸为3 mm×3 mm时,加筋效果类似硬化的“土工布”;1层土工格栅加筋时,随着土工格栅网格尺寸的减小,对砂土的强度影响不大;2、3层土工格栅加筋时,网格尺寸越小,加筋效果越好;加土工格栅可有效提高砂土的黏聚力,当土工格栅网格尺寸较小时,土工格栅还可提高砂土的内摩擦角。

服役条件下高铁路基桩网结构土工格栅张拉试验研究

桩网结构路基已经在软土地区的高速铁路建设中取得了广泛的应用,服役期地基过大沉降、地下水淹没桩顶等引起桩网结构不合理受力,甚至导致格栅张拉破坏,目前仍缺乏深入的针对性观测和分析。建立一个全比尺的桩网结构路基模型试验,开展正常路基、桩间土过大沉降、路基浸水和路基水位下降4组典型工况的试验。同时采用前期研发的高速铁路路基动力效应试验装置施加车速达360 km/h、轴重为17 t和25 t的列车移动荷载,利用沉降板加位移传感器测量桩土的沉降变形量,利用光纤传感器测定了每组工况下的格栅拉力变化和空间分布规律,研究不同工况下相同的列车长期荷载对土工格栅拉力的影响。试验结果表明:在列车荷载作用下正常路基的桩网结构格栅最大拉力为5.9 kN/m,位于桩帽边缘处,为格栅抗拉强度的11.8%;桩间土发生过大沉降后格栅拉力最大值仍位于同一位置即桩帽边缘处,为11.85 kN/m,为格栅抗拉强度的23.7%。水位上升后桩网结构格栅拉力下降,但在列车荷载作用下格栅拉力又迅速增长,最大拉力为12 kN/m,水位下降后在列车荷载作用下格栅最大拉力为10.5 kN/m。桩网结构路基的规范设计中对格栅拉力的计算偏于保守,模型试验结果对实际工程中桩网结构路基的设计以及理论方法的验证有一定的指导和借鉴意义。

不同位置土工格栅加筋沥青混凝土路面性能分析

本文以PLAXIS软件为基础,模拟分析土工格栅设置于沥青混凝土路内部结构两个位置对路面的总应力和垂直面位移的影响。分析采用轴对称有限元模型,并通过加载50~600kPa的循环增量接触压力,以研究土工格栅层置于表层沥青混凝土底部或底基层顶部对路面系统性能的影响。分析结果表明:在大小不同的荷载压力作用下,位于沥青混凝土表层底部的土工格栅层能够对路面系统性能产生显著影响。同时PLAXIS输出结果还显示,当土工格栅加筋层放置在底基层顶部时,可适度改善路面系统响应。

三向土工格栅加筋道砟界面宏细观特性离散元研究

为研究拉拔荷载作用下格栅-道砟界面宏细观力学响应,基于离散元数值模拟,建立三向土工格栅加筋道砟的拉拔试验数值模型,揭示了格栅轴力及格栅分段应变的发展规律、拟合分析统计区域颗粒间法向接触力的演化。研究结果表明,拉拔荷载主要由格栅前端横肋承担,道砟间接触力及各向异性演化决定颗粒间宏观力学性质。

土工格栅加筋高填方路基应力变形模拟分析

为合理确定高填方路基土工格栅加筋层数,通过建立计算模型进行数值模拟分析,并通过现场监测进行验证。数值模拟分析结果表明,采用五层土工格栅加筋效果最佳,可明显降低高填方路基土压力及沉降。分析现场监测结果得出,土工格栅加筋后的路基土压力和沉降下降明显,加筋效果明显。

地震作用下绢云母片岩高路堤中土工格栅效用分析

对于采用绢云母片岩土石混合料为填料的高路堤而言,通常会出现地震作用下路堤变形严重等问题,加筋为通常做法。文中依托十巫北高速公路项目,以绢云母片岩土石混合料填筑的高路堤进行地震动力响应分析。结果表明,土工格栅具有分担部分应力,减小路堤动力加速度,以及抑制其变形的作用。对于路堤整体而言,加筋路堤的最大应力相对于未加筋路堤所承受应力较小;相比于无筋路堤,路堤加筋后加速度和速度明显减小,在路堤同一高度上土工格栅加筋土路堤的水平向峰值加速度和速度比未加筋路堤的水平向峰值加速度和速度小;土工格栅加筋对路堤整体的纵向沉降和侧向位移具有抑制效果,显著地减弱路堤在地震作用下的破坏程度。

岩溶发育条件下加筋土工格栅对路基变形的防治效果分析

采用FLAC3D建立岩溶路基模型,分析了溶洞发育过程中路基的变形规律和采用加筋进行处治的作用与影响因素。结果表明:溶洞顶板和路基顶面竖向位移会随溶洞跨度的增加而增大,当溶洞跨度达到一定程度后路基会发生沉陷破坏;在路基内加筋土工格栅能有效减弱溶洞发育对路面沉降的影响,且在提高路基稳定性的同时使得路基具有了一定的沉陷预警能力;筋材宜布置在路基底部,增加加筋层数和减小加筋间距对控制溶洞发育引起的路面沉降有明显影响。

土工格栅稳定软土路基土路肩承载力研究

为研究软土路基土路肩受重复交通荷载作用,导致承载力不足、产生沉降出现车辙的问题,本文通过现场监测研究了黏土路基层上覆盖细粒土层时的路肩承载力,分析了重载交通下土工格栅在稳定软土地基的适用性。结果表明:土工格栅能够消除肩道车辙,并改善路肩截面的强度特性,验证了土工格栅作为一种相对简单的方法改善土路肩性能的可行性。同时,机械稳定是减少车辙和修补颗粒肩上软弱土层的有效方法。

土工格栅在道路基层中优化设置探讨

为有效提升土工格栅加固层的承载力,考虑循环荷载作用,针对两种基层厚度和三个不同半径的圆形加载区域,变化土工格栅的埋置深度,综合采用三维有限元分析方法和理论分析方法进行土工格栅在道路基层中的优化设置分析。结果表明:无论基层厚度如何,当土工格栅埋置深度为1/2加载区域半径时,基层抗变形能力最强;当土工格栅埋置深度位于最大竖向应变位置时,道路基层厚度可以适当减少;当土工格栅置于骨料基层和路基之间的界面时,土工格栅加固效果会大打折扣。

土工格栅返包加固充砂袋围堤的变形力学特性研究

为了进一步了解土工格栅加固砂袋围堤的变形力学特性,设计并开展了未使用土工格栅加固(without geogrid reinforcement,NGR)和土工格栅返包加固(geogrid reinforcement,GWR)的模型试验,对比分析围堤中土工合成材料的应变变化;通过拟合试验数据,建立了土工格栅和砂袋应变的理论公式,并构建了土工格栅返包加固砂袋围堤的变形力学模型,推导出围堤沉降、土工格栅应变与应力、砂袋应变与应力之间的函数关系式。研究结果表明:土工格栅返包加固砂袋后,可显著降低砂袋的应力水平,且土工格栅的应力远大于纱布的应力,砂袋荷载主要由土工格栅分担;理论建立的变形力学模型经试验验证,具有高度的准确性。应用此变形力学模型,不仅能对围堤加固工程进行实时监测,还能提高围堤结构安全管理的科学化与精细化水平。

高铁路基桩网结构土工格栅张拉试验研究

为提升软土地区桩网结构路基的力学性能,文中开展了高铁路基桩网结构土工格栅张拉试验,分析路基填筑、桩间防水工况下格栅拉力的分布规律。结果表明,随着放水时间的增加,桩间土的沉降量表现为近似线性增加的变化规律,最终的桩间土沉降量达到了80 mm;桩顶条带桩中心位置处的格栅拉力随着桩间土沉降量的增加表现为不断增加的规律;桩帽边缘的格栅拉力随着桩间土沉降量的增加表现为先增加再降低后稳定的规律。

土工格栅对砂粒式沥青混合料路用性能的影响

为研究土工格栅对砂粒式沥青混合料路用性能的影响,分别采用碳纤维格栅、玻璃纤维格栅、经编玻璃纤维格栅、聚丙烯格栅等4种土工格栅加筋砂粒式沥青混合料,进行沥青混合料裂缝扩展性能试验、三点弯曲试验、高温车辙试验和四点弯曲疲劳试验,分析铺设土工格栅前、后砂粒式沥青混合料的路用性能。结果表明:加入玻璃纤维格栅和经编玻璃纤维格栅可显著提升沥青混合料性能的抗拉、抗弯拉、抗车辙及抗疲劳性能;碳纤维格栅在抗拉和抗弯拉和抗车辙性能提升中效果最佳,但在疲劳性能提升方面最弱;聚丙烯纤维格栅的改善效果不如其他3种格栅突出。