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。

土工格室加筋正常固结粉质黏土应力应变响应

土工格室加筋正常固结粉质黏土对工程建设意义重大。基于土工格室与填土的相互作用机制和增量法,采用弹塑性理论、邓肯-张双曲线模型、修正剑桥屈服函数以及剪胀方程,推导了土工格室加筋正常固结黏土的应力应变响应计算模型,进行了土工格室加筋正常固结黏土的三轴固结排水剪切试验,实测不同围压下的应力应变关系,采用三轴试验结果验证了所提理论模型的正确性和可靠性。此外,采用所提理论模型进行了参数敏感分析,研究了填土的力学性质参数、格室的网格尺寸和力学性质参数对于加筋土应力应变响应的影响。研究结论表明,与砂砾料相似,土工格室约束作用对于正常固结黏土的内摩擦角影响较小,而黏聚力有所增加;随着轴向应变的增加或围压的减小,加筋效果逐渐明显;加筋正常固结黏土的强度和刚度随着非线性弹性常数k的增加、强度参数φ的增加和Rf的减小而增大,常数n对于加筋土应力应变响应影响较小。本研究成果可为工程建设提供理论借鉴。

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。

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。

基于直剪试验的土工格室加筋层抗剪性能数值模拟

土工格室作为一种特殊的土工合成材料,其三维蜂窝结构能够显著约束土体的侧向变形,在加筋路基、边坡和挡墙等结构中有着广泛的作用。在加筋土结构的服役过程中,土工格室难免会受到不同角度和不同层位的剪切作用,潜在滑动面极有可能穿过土工格室加筋层。为更好地理解土工格室加筋层的真实剪切状态,基于直剪试验,使用数值计算的方法研究了土工格室加筋层在不同剪切角度、层位和不同宽高比下的应力-应变状态。结果表明:土工格室加筋层呈现明显的各向异性,土工格室对黏聚力和内摩擦角都有所提高,这与现行的三轴试验研究结果稍有不同;当剪切面平行穿过土工格室中部时,加筋层的抗剪强度最大;随着剪切面与土工格室角度的增加,加筋层的抗剪强度逐渐减小;随着土工格室宽高比的线性增加,加固层的抗剪强度也基本线性增加。研究成果可为土工格室加固路基、边坡和挡墙的稳定性研究提供参考。

地震荷载作用下土工格室挡墙力学性能的影响因素

借助FLAC3D软件,建立土工格室柔性挡墙支护边坡数值模型,并采用振动台试验结果对数值模型进行验证,采用标定后的数值模型,系统研究了条带刚度、格室尺寸、挡墙厚度和充填料弹性模量4种因素对边坡动力响应的影响,并对挡墙的破坏机理进行了深入探讨,计算了各参数的影响权重。研究结果表明:地震作用下挡墙的稳定性与4种因素有着密切的联系;格室约束围压和永久水平位移沿高程分布规律基本一致,均表现为“增加-衰减”的两段形态,坡顶沉降自墙面向坡体延伸表现为两头小中间大的“V”型分布,水平峰值加速度沿高程表现为“增加-衰减-增加”的3段形态;随着刚度的增加,格室约束围压增大,而永久水平位移、坡顶沉降和水平峰值加速度均减小;随着格室尺寸的增加,格室约束围压、永久水平位移、坡顶沉降和水平峰值加速度均增加;随着挡墙厚度和充填料弹性模量的增加,格室约束围压、永久水平位移、坡顶沉降和水平峰值加速度均减小;4种影响因素中,格室尺寸影响权重最大,对格室约束围压的影响权重达到0.996,而挡墙厚度影响权重最小;地震作用下土工格室挡墙结构具有良好的抗震性能,挡墙结构对于地震能量具有一定的衰减作用,满足抗震设防要求。该研究结果对于地震作用下土工格室柔性挡墙的抗震设计及工程应用具有一定的指导作用。

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。

拼装式土工格室挡墙受力变形测试分析

以四川成宜高速连接线某试验段变截面土工格室挡墙为工程依托,首先对新型拼装式土工格室挡墙的施工方法进行介绍,采用新型玻璃钢轻质面板有效解决了挡墙线形不美观并容易破损的不足;其次,通过现场监测对该挡墙的支护效果进行分析,现场监测结果表明:该挡墙不同部位的土压力沿墙高呈非线性分布,底部大,顶部小,局部会出现土压力减小的现象;挡墙同一水平高度处墙背和墙中部土压力较大,而墙面处较小,说明土压力从墙中部到墙面范围内的衰减程度较大;对墙身水平位移的监测结果表明:水平位移曲线为“S”形,存在2个位移分界点,水平位移在截面形状改变处变化明显,挡墙顶部和底部的水平位移为最大值和最小值,分别为30 mm和3 mm;对挡墙的沉降监测结果表明:该挡墙填筑施工期沉降量较大,占总沉降量的70%~90%,工后沉降很小,墙体最大沉降发生在挡墙顶部,沉降最大值仅为23 mm。最后,结合土压力计算理论分析该台阶式截面挡墙的土压力分布和墙身变形规律,结果表明该挡墙变形符合“转动+平动+绕墙底转动”模式,采用该文计算方法得到的墙背土压力与实测值较为接近,用于挡墙设计时结果更偏安全。

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。

土工格室加固砂基未铺路面APT试验研究

加速路面试验是在相关环境条件下通过施加受控车轮载荷来评价路面性能的一种有效方法。将四个未铺路面路段分为加固和未加固两部分进行加速路面试验。第1和第4部分是砂基,是在破坏后用骨料基替换的未加固部分。第2和第3部分是在骨料覆盖层下用新型聚合物合金(NPA)土工格室加固的砂层。在经过一定次数车轮碾压后,测量每个路段的车辙深度。用应变片监测NPA土工格室不同位置的水平应变。试验结果表明,NPA土工格室在改善未铺路面的稳定性和减少永久变形方面具有显著效果。在特定的试验条件下,土工格室加筋砂层的性能相当于相同厚度的A-1-a骨料,显示出保持土工格室结构完好无损对确保NPA土工格室加固基底的足够性能具有重要意义。最后的试验应变片测量显示,车轮路径下的NPA土工格室承受拉伸应力,而车轮路径外的土工格室承受压缩应力。

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。

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。

基于模型试验和数值模拟的土工格室加固高填路堤稳定性:以新疆G216线民丰段为例

为研究土工格室加固高填路堤的稳定性,通过开展室内模型试验,分析了在持续荷载作用下素土边坡和土工格室加固高填路堤边坡的沉降量和最大水平位移;基于室内模型试验,建立有限元模型,分析了不同加固条件下的坡顶沉降量、最大水平位移及土工格室应变,研究了土工格室高度、铺设间距以及不同铺设部位对高填路堤稳定性的影响。结果表明:铺设土工格室能降低边坡土体的沉降量和最大水平位移,进而提高边坡的承载力;素土边坡剪应变自坡顶至坡脚形成贯通的滑移带,铺设土工格室后,滑移带的位置由边坡表层深入坡体内部,且滑移带未完全贯通;增加土工格室的高度,边坡的沉降量和最大水平位移先减小后趋于稳定,安全系数先增大后逐渐平缓;边坡的沉降量、最大水平位移随土工格室铺设间距的增大而增大;减小土工格室铺设间距0.6~0.7倍,最大水平位移降低1.5~2倍,坡顶沉降量减小1.5~1.8倍,安全系数增大1.1~1.3倍。高填土路堤的侧向位移主要发生在边坡底部H/3处(H为边坡的高度),在边坡底部H/3处减小土工格室的铺设间距、增加土工格室的高度能更好约束侧向位移和沉降量,是提高路堤稳定性更为经济合理的加筋方案。

列车轴质量和土工格室加固道砟对路基沉降的影响

建立有砟轨道-路基三维有限元模型和土工格室模型,利用相位荷载模拟列车动荷载,研究列车轴质量和土工格室加固道砟对路基沉降的影响。模拟结果表明:在正弦相位荷载作用下,各轨枕之间位移变化基本一致;随着列车轴质量的增加,有砟轨道沉降显著增加;铺设土工格室加固后,有砟轨道的侧向位移和竖向沉降分别降低了约60%和11%;在重载情况下,土工格室加固效率有所降低,但改变土工格室刚度可以改变其加固效率;当土工格室刚度在400~800 MPa时,对重载路基的加固效果较好。

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。

土工格栅加筋施工技术在公路路基加宽中的应用

为保证公路路基加宽施工质量和稳定性,实现预期的公路工程改造目标,首先阐述了土工格栅加筋施工技术的主要作用;然后结合具体工程实例,探讨了土工格栅加筋施工技术的应用要点,涉及施工准备工作、土工格栅的铺设、材料填筑以及格栅翻卷等环节,可为同类工程施工提供参考。