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。

排水条件对土工合成材料加筋黏性土特性的影响

通过固结排水和不固结不排水条件下的三轴剪切试验,研究了加筋对黏性土体强度和应力应变关系的影响以及不同排水条件下的加筋效果。结果表明,在排水条件下,筋材与土体的相互作用相对充分,明显提高了土体的峰值强度和残余强度,且峰值后强度的降低幅度较小,改善了土体的应力应变特性;随加筋层数和筋材拉伸模量增大,加筋效果明显提高。而在不排水条件下,由于孔隙水压力的影响,筋材与土体的作用相对复杂,加筋土体的强度和变形特性以及加筋效果与排水条件下的大不相同;在剪切初期,筋材的作用几乎被超静孔隙水压力抵消,加筋甚至对强度起相反作用,使加筋试件的强度低于素土试件;仅当应变较大时,加筋对抗剪强度才有轻微的增强作用,同时,在不排水条件下,筋材拉伸模量和加筋层数提高对加筋土体强度的影响不明显,因此,在加筋土工程中,排水条件是首先要考虑的因素。

土工合成材料加筋粘性土的三轴试验研究

采用固结排水三轴剪切试验,研究土工合成材料加筋对粘性土体的体变、强度以及应力应变特性的影响。结果表明,加筋可以明显抑制土体的剪胀体变,但对土体的剪缩体变影响不大,加筋有利于增强高压实度土体的体积稳定性;轴向应变较低时,加筋试件的强度低于素土试件,仅当轴向应变增大到一定程度后,加筋试件的强度才逐渐高于素土试件,加筋对土体强度的增强作用存在滞后现象,且随筋材拉伸模量和加筋层数的提高,滞后现象更明显。试验结果同时表明筋材拉伸模量较低时,增加加筋层数,虽然可以一定程度提高土体的峰值强度,但对峰值后的强度提高不明显;相比而言,采用较高拉伸模量的筋材,加筋对土体残余强度的提高幅度明显高于峰值强度,对土体应力应变特性的改变也相对较大。

土工合成材料加筋土地基承载性能数值分析

对土工合成材料加筋地基进行了数值模拟,旨在研究加筋材料布置方式对加筋地基承载性能的影响及其变化规律。在已有加筋土地基模型试验结果的基础上,建立了加筋土地基数值模型,针对不同的加筋材料布置方式,进行有限元计算并对结果进行了系统分析。分析结果表明:①随首层筋材埋深的增大,承载力提高系数先增大后减小,存在峰值;②加筋土地基承载力提高系数随加筋层数的增加而增大,但不宜超过3层;③承载力提高系数随加筋层间距的减小而增大,但存在一个合理的布筋间距;④随加筋长度增加,地基承载力提高而基础沉降减小,但加筋长度增加不宜超过3倍基础宽度。所得出的结论是,基础下存在一个合理的布筋范围,超过此范围,加筋对提高地基承载力作用不大。分析成果可为土工合成材料加筋土地基的工程应用提供借鉴。

抗条形沉陷的土工合成材料加筋体设计

基于土拱效应原理改进了条形土洞上路堤荷载传递中的侧向土压力系数和作用在洞上加筋体上的竖向土压力。对加筋体及上方土体的静力平衡进行分析,获得了滑移段和稳定段加筋体上下表面的竖向应力。对加筋体进行受力分析,获得了加筋体在土洞上方的最大挠度和最大拉力,以及锚固区的加筋体最小长度。进一步分析了各参数对加筋体最大挠度和锚固长度的影响。对比了最大挠度的试验值、数值模拟值和理论值,结果表明,本文理论值与试验结果吻合更好。

桩承土工合成材料加筋垫层复合地基承载力的计算方法

桩承土工合成材料加筋垫层复合地基是近些年发展起来的一种有效的软土地基处理方法,国内外对其受力分析方法大多是以加筋垫层中筋材的受力状况为研究对象推导的,公式中的大多参数较难获取,应用较为困难。本文提出了将桩承土工合成材料加筋垫层复合地基承载力看成水泥土桩复合地基承载力与加筋垫层增加的承载力之和的实用计算公式,并以一桩承土工格栅加筋垫层复合地基的工程应用为例进行计算分析,最后通过现场荷载试验加以检验。

地震作用下模块式面板土工合成材料加筋土挡墙的内部稳定分析

由于造价低廉,性能优良且外表美观,模块式面板土工合成材料加筋土挡墙在我国交通及城建等领域有着广泛的应用前景。大量的工程实践证明,土工合成材料加筋土挡墙的抗震性能良好,但仍有必要进行合理的抗震设计,而内部稳定校核是加筋土挡墙抗震设计的一个重要环节,它一定程度上决定了高烈度地震区加筋土挡墙的配筋方式及配筋密度。应用非线性动力有限元法分析不同加筋长度、加筋间距及不同地震作用下模块式土工合成材料加筋土挡墙在地震作用下的内部稳定,研究了筋材蠕变对加筋土挡墙动力内部稳定的影响,并将有限元分析的结果与国外规范建议的内部稳定校核结果进行比较。研究结果表明,在正常配筋密度条件下,各层筋材最大内力的位置与规范建议的位置有一定的区别,墙体下部更加远离面板;且筋材的最大内力沿高度的分布与该规范计算结果差别较大;而筋材蠕变使筋材的内力出现重分布。

不同形状土工合成材料的内力分析与加筋作用研究

对正方形、等边菱形、正六边形的土工格网的内力传递进行了分析计算,并以六边形土工格网和单、双向塑料土工格栅为例,对加筋土工合成材料在填土中所起的加筋作用作了探讨与分析,为土工合成材料的生产和使用提供了依据和指导。

土工合成材料加筋设计过程和存在问题分析

进入到新世纪以来,随着我国市场经济水平的迅速提升,我国的公路工程、建筑工程等工程项目也得到了迅速的发展。众所周知,在软土地基上进行建筑物的施工过程是比较困难的,建筑物的承载力不足并且十分容易出现建筑物沉降的现象,这就加快了土工合成材料加筋地基的出现,土工合成材料加筋地基可以有效的减少建筑物的沉降并且提高软土地基的承载力,同时还具有施工成本低、施工方法简单并且快捷的特点。在当代的工程项目,土工合成材料加筋地基在路堤、海堤、房屋建筑以及围堰和油罐等等基础地基的加筋的过程中被广泛的应用。本文便对土工合成材料加筋的作用机理、土工合成材料加筋的布置形式以及土工合成材料加筋的设计分析方法三个方面的内容进行了详细的探析,从而详细的分析了土工合成材料加筋的设计过程及关键问题。

土工合成材料加筋处理路堤软基作用的机理

针对土工合成材料的加筋机理问题,通过建立土体数学模型,对天然地基和土工合成材料加筋处理2种工况进行了应力变形数值模拟分析,得出了土工合成材料在加筋处理软基中的作用机理,此结论有一定实际意义.

土工合成材料加筋土柔性桥台复合结构及应用

土工合成材料加筋土柔性桥台复合结构是美国'未来桥梁计划'中针对50多万座面临'更换问题'的中小型单跨桥梁而提出的一种新型技术,是土工合成材料加筋土柔性桥台技术的优化与提升。这种新型技术整体性好,可彻底避免传统桩承桥台与引道路基之间的差异沉降,近10年来已逐步在美国各州推广应用。在我国,尽管加筋土理论和技术应用取得了很大发展,但尚无真正的加筋土柔性桥台复合结构的工程实践方面的报道。文章收集了已有的加筋土柔性桥台复合结构工程案例和现场监测成果,整理归纳其结构特点和工作特性,结果表明:该结构通常具有统一的结构形式和技术特点,如加筋间距一般为0.2m、面层型式一般为模块式等;该结构具有施工简便快速、造价节省等优点,并表现出工后沉降小等良好的服役性能。

土工合成材料加筋土柔性桥台研究现状

土工合成材料加筋土柔性桥台复合结构是美国近年提出针对于中小型单跨桥梁的新型结构,结构具有占地少、费用低、耗时短等优点,随着我国次级道路桥梁快速发展,此工程应用在我国具有极大发展前景。从理论研究、试验研究、数值模拟三个方面简述了土工合成材料桥台的研究现状,介绍了土工合成材料桥台设计方法,桥台的工作性能和影响工作性能因素的研究成果,并总结土工合成材料加筋土柔性桥台今后的研究重点。

土工合成材料加筋土整体式桥梁的研究与施工

土工合成材料加筋土(GRS)整体式桥梁目的是克服传统桥梁所存在的一些问题,包括由支座支撑的简支梁(或多片简支梁),它们通常由钢筋混凝土桥台支撑,而不是采用加筋填筑体支撑。存在的问题包括:①由于使用调节支座和桩基支撑的大型桥台结构,使得桥梁施工时间较长,并且其建造和维护成本相对较高;②紧靠桥台后会出现不平顺;③采用支座支撑的桥梁结构及路堤结构在地震及海啸荷载作用下稳定性较低。土工合成材料加筋土整体式桥梁,首先设置一对土工合成材料加筋土挡墙(大跨度时需要设置中间墩体);然后在土工合成材料加筋土墙体及支护地基的变形充分完成后,在土工格栅加固体的外围施工钢筋加强的全高度刚性(FHR)现浇混凝土面板;最后施工连续梁,其两端连接到刚性现浇混凝土面板顶部,如果建造有中间桥墩,梁结构也连接到中间桥墩的顶部。介绍了土工合成材料加筋土(GRS)整体桥的发展背景和发展历程,介绍了最初的四个工程案例,其中一个应用在新建高速铁路线中,于2012完成,另外三个应用在2011年大东日本地震的铁路恢复工程中,于2014年完成。

海堤加筋的分析测试与材料选用

人们对土工合成材料加筋在海堤软基处理中的作用与材料选用尚存在明显意见分歧,从而限制了它恰当地应用。通过某一工程实例,数值分析了筋材在包括极限稳定等各种工况下的受力性状及对提高海堤抗滑稳定性的贡献。利用改装后的位移计,对土工格栅应变进行了原位测试。根据数值分析和原位测试成果,探讨了海堤筋材的选用及其设计参数的选取,得到了海堤筋材应首选单向拉伸土工格栅、选用时应同时规定极限延伸率上下限等一些有益的结论。

刚性面板加筋挡土墙的离心模型试验研究

通过土工离心模型试验,研究了刚性面板加筋挡土墙的变形特征及其内在破坏模式。试验程序包括设计加速度条件下正常工作状态的模拟和极限加速度条件下极限工作状态的模拟,就挡土墙面板侧向位移和加筋材料的应变进行了实时测量;并测量了极限状态下模型剖面的位移标记的变形,从而获得了极限工作状态土体滑动破坏面的位置。试验结果表明:(1)加筋土挡土墙所发生的侧向位移量远小于无加筋挡土墙的位移量,并且加筋层竖向间隔越小,加筋层越密,相对侧向位移量越小,加筋效果越明显;(2)整体式刚性面板加筋土挡土墙的性能优于一般的分离式刚性块式面板加筋土挡土墙;(3)加筋材料有从回填体中被拔出破坏的可能性,因此,加筋风积沙挡土墙内部稳定性校核时,需要验证抵抗这种破坏的安全性。

桩承式加筋路基沉降的有限元分析

针对桩承式加筋路基的特点,利用Ansys有限元软件,建立了简化分析模型.路基填料下部结构采用Winkler弹性地基模型,将桩体以及桩间土简化为不同弹性常数的弹簧.有限元计算结果与模型试验数据进行了对比,取得了较好的一致性.有限元参数分析表明,路基沉降变形随路基填料压缩模量、筋材弹性模量以及桩反力系数的增加而减少,当以上参数减小到一定程度时,将对路基沉降的影响变得十分有限,且增加筋材层数对路基沉降的影响是可以忽略的.

土工合成材料加筋土挡墙筋材内力分析

土工合成材料加筋土挡墙是一种新型的挡土结构,它具有经济性好、性能优越、适应性强等优点。而筋材内力计算是该类结构设计的一个关键步骤,因此该类结构的推广应用需要一种合理易用的内力分析方法。该文讨论了几种土工合成材料加筋土挡墙的筋材内力分析方法,并对这些方法的优缺点进行评述。这些方法包括基于主动土压力系数的方法、基于经验的K刚度法、基于极限平衡的加筋边坡稳定分析方法、基于非线性弹性与变形协调的理论方法、以及基于增量非线性及填土剪胀性的筋材内力分析方法等。通过比较分析发现,如忽略面板作用且填土强度得到完全发挥,基于主动土压力系数以及极限平衡边坡分析的方法适用于分析加筋土挡墙在强度极限状态时的筋材内力,但填土强度的发挥水平决定于筋材的长期刚度。另一方面,如能合理考虑筋材的长期刚度以及面板的约束作用,基于筋土变形协调的理论分析方法适用于分析加筋土挡墙在正常工作荷载作用下的筋材内力。

任意加载条件下土工合成材料的弹粘塑性及本构模型

研究了4种土工合成加筋材料(PET、PAR、PVA和Aramid)试样在任意加载历史条件下的弹粘塑性,尤其是粘性特性。试验过程中,实现了恒定应变率加载、应变率逐步变化加载、蠕变加载以及荷载松弛。依据加载速率效应对土工合成加筋材料的粘性特性进行评价。试验结果表明,根据土工合成加筋材料类型的不同,至少存在三种粘性特性,即等速粘性、瞬时粘性和混合粘性,其中PET土工格栅表现为混合粘性,PAR、PVA和Aramid土工格栅表现为等速粘性。基于非线性三要素模型框架,针对上述三种粘性特性,提出了一种弹粘塑性本构模型。该模型可以描述土工合成加筋材料在任意加载历史下的粘性效应,包括:在不同恒定应变率单调加载时的荷载-应变响应、加载应变率发生任意变化时的荷载-应变响应、以及蠕变和荷载松弛。最后,利用该模型对上述4种土工合成加筋材料的试验结果进行模拟。结果表明,所提出的三要素弹粘塑性本构模型能够合理地模拟土工合成加筋材料的粘性特征。

ANALYSIS OF GEOSYNTHETICS REINFORCED EMBANKMENT ON SOFT SOIL BY FEM

The reinforcement effects of geosynthetics in thick soft subsoil case and thin soft subsoil case are studied in this paper,and a Duncan Chang nonlinear numerical model based on the finite element method (FEM) is developed.Moreover,an important conclusion that the thickness of soft subsoil affects greatly the geotechnical behavior of geosynthetic reinforced embankments is drawn.A series of embankment built on soft subsoil is calculated using the FEM program.The results of the computer program,such as the lateral displacements,settlements,and stress level and shear stresses in the subsoil,are presented in great detail and the comparison of those results disposes clearly the huge discrepancy of reinforce benefit between the thick subsoil embankment and thin subsoil embankment.Reinforcement mechanism of geosynthetics is also discussed in this paper and several conclusions are reached.This paper also gives recommendations for design.