水平地震作用下双级加筋土挡墙格栅应变及破裂面分析

基于大型振动台模型试验,研究水平地震荷载作用下双级土工格栅加筋土挡墙的格栅应变和潜在破裂面规律。用福建砂作为回填砂、混凝土砌块作为挡墙和土工格栅作为筋材构成了试验模型。模型高度1.8 m。输入地震波为卧龙波和EL-Centro波,共9个试验工况。试验结果表明,随着峰值加速度增大,应变值增大,且应变最大值点向土体内部扩展。潜在破裂面随峰值加速度增加逐渐向土体内部扩展。综合已有破裂面计算方法,提出了考虑平台宽度的双级折线型破裂面模型,模型可为双级加筋土挡墙设计计算提供参考。

桩网结构路基填筑期格栅应变的变化规律

通过案例分析法研究桩网结构路基填筑期荷载分担变化规律、土工格栅应变,对比不同计算方法得出填筑期格栅应变的影响因素.研究结果表明:由于压实荷载和填筑过程的影响,格栅应变最大值出现在填筑期间而非运营状态;填土的内摩擦角决定了达到格栅应变最大值时的路堤填高,而填筑期的压实荷载决定填筑期的格栅应变极值.建议桩网路基设计时加入填筑期部分成拱状态下考虑压实荷载的受力验算,以使设计偏于安全.

桩承式加筋路堤格栅应变计算及试验

为了完善桩承式加筋路堤中土工格栅应变的计算方法,在德国规范EBGEO的基础上,考虑桩帽及土工格栅刚度对格栅应变计算的影响,提出考虑等效桩径系数的修正计算方法,同时依托桩承式路堤现场试验,监测记录了路堤沉降、桩土压力和格栅应变的变化规律,并将实测结果与计算结果进行了对比。研究结果表明:格栅类型对路堤填筑期沉降影响不显著;桩土间的荷载传递随着格栅模量的增大而得到进一步加强;路堤荷载传递形式因采用不同类型的格栅而存在差异;填筑期内钢塑格栅应变随路堤填筑高度的增大而增加,且观测到了徐变性;钢丝格栅在填筑期内的应变变化不明显,但在填筑期结束后观测到了应变突变现象。通过现场试验与理论计算结果的对比,验证了采用等效桩径系数法计算格栅应变的合理性,并建议当采用钢丝格栅等高强刚度格栅时,可采用考虑等效桩径系数的修正EBGEO法进行格栅应变与应力计算。

静动荷载下桩网结构路基土工格栅承载特性试验研究

以京沪高速铁路徐沪段路基为研究对象,通过室内大比例模型试验,研究了静动荷载作用下桩网结构路基土拱效应与土工格栅承载性能的变化规律,分析10万次动荷载作用后土工格栅的承载特性。结果表明:在路基填筑初期未形成稳态土拱前土工格栅应变增长较快,当形成稳态土拱后土工格栅应变增长趋于稳定,且桩帽边缘处土工格栅应变增长最快,土工格栅使得桩顶上方多承担了7.6%的荷载;10万次动荷载作用下,土拱效应依然有效,但是会产生一定程度的弱化,土工格栅减小了动荷载对土拱效应的削弱作用;相比静载动荷载作用下土工格栅应变增长迅速,最大增长了约19%;动荷载作用后土工格栅会产生拉力退化与软化现象。

粗粒料加筋土边坡格栅应变在空间和时间的变化规律研究

加筋土作为一种边坡加固措施得到广泛应用,而粗粒料因为造价低、强度高、摩阻力大等优点得到越来越多的采用。又因其有别于细粒土的特性,对格栅及筋土界面会产生不同的影响。根据实际工程经验,对土工格栅抗拉强度及筋土界面影响因素和加筋边坡破坏方式进行了分析。依托工程案例,采用极限平衡法对设计方案进行安全性计算,通过监测数据对比分析了土工格栅应变随着加筋位置和时间的变化规律,对类似工程的设计和施工具有一定的指导意义。

HDPE和PET土工格栅加筋路堤作用的对比研究

为了研究高密度聚乙烯(HDPE)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)两种土工格栅在返包式加筋路堤中的加筋效果,基于HDPE和PET的拉伸试验结果,采用FLAC3D有限差分程序并结合现场监测数据对比,分析了加筋路堤中两种土工格栅的受力变形规律。结果表明,土工格栅特性对返包式加筋路堤变形具有明显影响,影响程度与其上部土压力大小密切相关;在加筋土路堤的中下部,土压力较大,HDPE格栅前1/3段和后1/3段的应变存在较大差别,PET格栅的应变沿长度分布相对均匀;随着上部土压力的减小,格栅材料特性的影响减弱,两种格栅的应变曲线趋于接近;PET格栅对加筋路堤水平变形的控制作用更为明显;HDPE格栅加筋路堤的垂直和水平土压力值及其分布与PET加筋路堤差别很小。。

土工格栅加筋陡坡路堤在新疆地区的现场试验研究

新疆是地震多发区,区内广泛分布着砾石土,很适合推广土工格栅加筋陡坡路堤.这不仅因为加筋路堤具有优越的抗震性能,还因为土工格栅对包括砾石土在内的粗粒土有良好的加筋效果.但实际上加筋路堤在新疆公路建设中还没有具体应用.为了推动这项工作,在新疆某山区公路上修建了两段试验路堤,通过埋设在路堤内的柔性位移计和土压力盒,采用远程自动监测手段,对填土过程中和路堤竣工后约8个月时间内的土工格栅拉伸应变、特定点的竖直和水平土压力进行了连续观测.试验结果发现:在工作荷载下,土工格栅的拉伸应变绝大多数不超过1%,最大值不超过1.5%;路堤内的实测竖直和水平土压力都小于理论值,测点越深,与理论值相差越大;坡面防护结构所受到的侧向土压力很小,大多数接近为0.

土工格栅与碎石-土混合料的界面摩擦受力特性分析

土工格栅与土的界面摩擦受力特性直接影响加筋土结构的安全稳定、筋材拉力发挥以及结构极限破坏型式,是加筋土结构设计、变形及稳定分析最为关键的技术指标。为研究土工格栅与碎石-土混合料的界面摩擦受力特性,在15k Pa、45k Pa、75k Pa法向应力下进行土工栅与碎石-土混合料界面的室内拉拔试验,分析了土工格栅不同测段格栅的受力和应变规律以及不同纵向埋深处测点的位移。结果表明:土工格栅不同测段格栅的应变随着法向应力的增加而增大,随着格栅纵向埋深的增加而依次递减,且75k Pa法向应力下AB段格栅应变约为DE段格栅应变的3.2倍;预设测点的位移以及不同测段格栅的应变随拉拔力的增大而增加,但格栅应变及测点位移会随着格栅纵向埋深的增加而依次递减;土中格栅应变相对于裸露在空气中的格栅应变要小,且远小于格栅的断裂伸长率;土工格栅应变与拉拔力呈现良好的幂函数关系。

土工格栅加筋陡坡路堤的力学行为分析

为了给类似土工格栅加筋路堤的设计和施工提供参考依据,本文以S101线沙湾段公路加筋陡坡路堤工程为例,借助Midas GTS NX有限元软件实现土工格栅加筋陡坡路堤的建模,对其潜在滑裂面、水平位移和筋材受力进行力学行为分析,并结合现场监测数据分析路堤边坡的稳定性。结果表明:土工格栅加筋结构可以使路堤的潜在滑裂面变缓且向内部移动,有限元法较极限平衡法得出的路堤滑裂面位置更准确;土工格栅加筋可以有效限制路堤的水平位移,增强路堤的稳定性;路堤中部和下部区域成为筋材主要受力区,建议在设计中应优先采用上疏下密的布筋方式,且在采用等间距布筋时中部和下部应选用较高强度的土工格栅;筋材受力最大值为23 kN,与极限值相差较大,说明现行规范采用的折减系数较为保守。

深厚软土层端承摩擦桩桩承式加筋低路堤现场试验

为揭示桩承式加筋低路堤的荷载传递机理及土工格栅的加固效应,选取武汉智能网联赛车道项目主赛道连接段某低路堤路段开展了一个承载单元的现场试验,分别测试了施工期桩帽顶部与格栅上层的土压力分布、路堤分层沉降、格栅应变与挠曲。数据分析表明:随着填土高度的增加,土拱效应与张拉膜效应逐渐发挥,桩帽顶部的土压力开始超过桩间土压力并在填筑结束后逐渐趋于稳定。在端承摩擦桩桩承式加筋低路堤的荷载传递机制中,桩间土承担主要荷载,占比62.23%,张拉膜效应仅占很小一部分,占总荷载的3.77%。土工格栅的最大应变出现在桩帽边缘处,但最大值仅为0.195%,这表明土工格栅性能难以得到充分发挥。在该桩承式加筋低路堤中,两桩中心处的桩间土沉降要明显大于四桩对角线中心处。

桩网支承路基受力及加筋网垫变形现场试验研究

以武广客运专线DK2 059＋560为试验工点,进行桩网支承路基的现场填筑试验,研究路基应力传递及格栅变形特性。研究结果表明：桩网支承路基结构的沉降量较小,是1种有效处理软土和松软土地基的方法;在垫层上方路基存在明显的土拱效应,本工点的土拱高度在1.6-1.9 m之间;桩间土存在一定反力;桩间土和桩帽应力分布不均匀,桩间土4桩形心处应力比2桩中点处略小,桩帽形心处应力相对角点处应力略小;桩帽附近垂直于桩帽边的格栅肋条应变略大,4桩形心附近格栅的应变略小,下层格栅的应变大于上层;边坡处格栅的应变大于路基中心处,上层格栅防止边坡滑动的作用更大。与英国、北欧、日本及德国规范的计算结果比较,试验工点的桩间土竖向应力和承担荷载比例实测结果与德国规范球形拱理论计算结果较为接近。

循环荷载下桩网结构路基和垫层动力响应研究

基于相似理论，开展了4组桩网结构路基大比例动态模型试验，测试了循环荷载下桩网结构路基的动力响应指标，研究了降雨前、后加载力、加载频率以及循环加载次数对路基的动力响应、桩土荷载分担以及垫层格栅应变的影响。结果表明，降雨后路基动应力和动加速度均会增大，并且在基床内部增速较快，而路堤下部其增长基本趋于稳定；循环加载期间桩土应力比缓慢增大，其受降雨影响敏感，雨后降幅可达56．4％-79．5％；循环加载完成后垫层格栅应变增大，其横向分布特征基本保持不变；土拱形成后路基填高继续增加，路基宽度范围内4桩中心格栅应变增幅较大，峰值出现在边坡中心和路基中心附近，横向分布呈“W”型；两桩中心的格栅应变由路基中心向坡脚处呈“台阶”型递增，而路基宽度与边坡范围的格栅应变差距不断缩小。

新型可视土工拉拔试验仪的研发与应用

研制了一台新型可视自动采集数据的土工拉拔试验装置,可用于多种土工材料和填料作用下的拉拔试验。该装置改进了加载系统和反力系统,实现了拉拔界面的可视与数据采集的自动化,并可量测土工材料不同嵌固长度处的位移,获取土工材料变形值,探索筋土作用过程中筋材受力机理及界面土体位移变化规律。使用新研制的试验装置开展了以砾类粗粒土为填料的格栅拉拔试验,结果表明:上覆荷载增大,土中格栅的应变变小,土体与格栅的界面摩擦和嵌固作用越显著;筋土界面处土体颗粒存在平移及转动两种运动模式,且界面处土体形成稳定的位移集中带。

填料粗粒含量对筋土界面拉拔性状的影响

基于可视化拉拔系统及数字照相量测技术,针对5种不同粗粒含量P_(5)(粒径>5mm颗粒的质量百分数)的粗粒土开展拉拔试验,探讨了粗粒含量P_(5)对筋土界面强度指标、颗粒位移演化及土工格栅应变等的影响。研究表明:界面黏聚力c与界面摩擦角δ随P5增加呈不同程度增加;P5从20%增长至35%后,土工格栅末段出现应变及拉拔力峰值时所对应的格栅拉拔位移均减少,但各段土工格栅应变量增加;随着P_(5)的增加,筋土界面粗粒土颗粒位移矢量方向逐渐趋于水平,其位移量显著减小。同时,筋土界面空洞明显减少;P_(5)增加使筋土界面的粗粒土颗粒位移减小,而间接影响区范围扩大,使一定高度范围内的粗粒土颗粒被间接带动,在宏观上使界面似黏聚力增加;P_(5)增加后,位于筋土界面V_(3)处的土颗粒最大位移速度减小。位于间接影响区的V_(1)、V_(2)处的土颗粒最大位移速度因受间接影响区范围扩大,颗粒扰动加强而有少量增大。

基于数字图像分析的土工合成材料加筋砂土拉拔试验研究

由于加筋土界面作用的复杂性,加筋土工程建设中铺设土工格栅时往往采用经验的方法,很大程度上造成了土工格栅的浪费及工程安全隐患,理清不同填料筋土界面作用的影响范围,有助于确定加筋土结构的合理加筋间距。为了揭示不同填料筋土界面作用的影响范围,采用4种不同类型的砂土与格栅在不同法向应力下进行了一系列的拉拔试验,并结合数字图像量测技术,分析了不同类型砂土下界面剪切带厚度、颗粒位移矢量、格栅拉拔阻力峰值及应变等演变规律。研究表明:界面剪切带厚度H随法向应力σv与砂土平均粒径d50的增加而增大,通过多变量拟合的方法,得到了H、σv与d50三者之间的函数表达式;格栅在拉拔过程中,砂土颗粒位移矢量以土工格栅为界有着显著的差别,格栅上部的颗粒位移矢量明显大于下部颗粒,且在格栅上下一定范围内会形成颗粒位移矢量集中带;拉拔阻力峰值随σv及d50的增加而增大;不同类型砂土各区段的格栅应变均表现出由前向后依次递减的趋势。

不同筋材刚度下加筋土挡墙离心模型试验

加筋土挡墙由于优良的力学性能、低廉的造价、更好的地形适应性,已经越来越广泛地被应用于各种工程。但其在正常工作状态下的真正工作机理尚不完全清楚,目前的规范设计指南并不能反映加筋土挡墙内部应力真实分布情况。为了研究不同筋材刚度对加筋土挡墙性能的影响,通过土工离心试验监测了土工格栅应变、面板水平位移和土压力。试验结果表明:采用小刚度筋材时,筋材的变形更加显著,但对竖向土压力的分布基本没有影响;靠近面板区域的土压力都远小于理论值,格栅最大应变出现在墙的中下部;对于面板连接处的筋材应变不能简单地用传统土压力理论解释,还需考虑填土不均匀沉降引起的面板对加筋土拉拽作用等其他影响因素。试验结果可为正常工况下加筋土挡墙工作性能与筋-土相互作用机理的研究提供参考。

预应变土工格栅与砂垫层界面特性试验研究

采用拉拔试验研究了预应变土工格栅与砂垫层的界面特性,通过对比分析试验结果,对法向应力、垫层厚度和预应变初值对筋土界面特性的影响进行了研究,结果显示:砂垫层厚度为5 cm时,低应力条件下预应变土工格栅与普通格栅的拉拔阻力峰值相差不大,随着法向应力的增大,预应变土工格栅的抗拔性逐渐优于普通格栅,而应变软化现象也愈明显;法向应力为50 kPa时,垫层厚度的增大对格栅抗拔性有一定提高,当厚度达到15 cm后提高效果明显减弱,且高预应变水平的土工格栅随着垫层厚度的增大会出现应变软化现象。最后通过数据拟合得到了界面抗剪强度包络线,预应变加筋法能显著提高格栅与砂垫层界面似摩擦系数,减小界面似粘聚力,可为预应变加筋法的推广提供参考。

桩网复合地基的模型试验加固效果对比研究

为了探究不同形式的桩网复合地基加固软土的效果,设计了3组复合地基进行室内模型试验。第1组为PVC管材加固软土地基,第2组为桩承式复合地基,第3组为PVC管材与砂桩复合地基。在模型箱钢板内侧壁涂上黄油,并覆以塑料薄膜来减小边界效应;在PVC管材和土工编织网(格栅)上粘贴应变片,来测试PVC桩体应力及加筋拉力;在桩间土、砂桩顶部安装土压力盒,在路面的中心、路肩处安装百分表来测定相应的变形。试验结果表明:1)对于路面、路肩的沉降及二者的差异沉降,第3组沉降值最大,第2组沉降值最小;2)PVC桩与土应力比中,第2组应力比与其它2组比较则大得多;3)格栅应变变化规律较紊乱,在相应测点的格栅应变则是第2组最大。3组试验的结果说明在软土路段,在条件允许时,宜采用桩承式路堤来加固,加固效果更好。

循环荷载下长短桩桩网复合地基变形试验研究

通过长短桩桩网复合地基的模型试验,分析有、无土工格栅及不同幅值循环荷载下复合地基沉降、长短桩桩身应变及土工格栅应变的特性.试验结果表明,土工格栅的加入会改善循环荷载下复合地基的整体性能.复合地基沉降、桩身应变及土工格栅应变主要发生在循环荷载作用前期.增大循环荷载幅值不仅会增大复合地基总沉降,还会加快沉降发展的速率.复合地基的沉降与循环次数的关系可以用指数函数表示.土工格栅的拉膜效应将部分荷载由桩间土传递到桩上,相比于没有土工格栅的复合地基,有土工格栅的复合地基中长短桩的应变更大,且此时长桩桩帽处的土工格栅会承受更大的拉力,应变相较于桩间土处更大;循环荷载下的长桩上部应变增量较大,下部应变增量较小.

多级加筋土高挡墙的工程特性及影响因素

通过8级加筋土高挡墙工程的现场原位监测,研究多级加筋土高挡墙后土体垂直土压力、墙背侧向土压力以及土工格栅筋材应变分布规律。结果表明:墙后垂直土压力、墙背侧向土压力和筋材应变均与填土高度成正比。墙后垂直土压力沿筋材方向呈非线性分布,最大值均靠近筋材中后部;墙背侧向土压力的增长速率随填土高度的增加而逐渐减小;土工格栅筋材沿筋长方向的应变非常小,且大部分呈双峰值分布,第1个峰值靠近墙面板,第2个峰值远离墙面板。运用PLAXIS2D软件进行多级加筋土高挡墙施工过程的数值模拟,研究筋材长度、间距及填料的内摩擦角对多级加筋土高挡墙水平变形特性的影响。结果表明,筋材的长度和间距对高挡墙水平变形的影响比较显著。