岩溶塌陷影响下加筋路基加筋体设计方法

土工合成材料可用来加固受岩溶塌陷影响的路基,有效地防止路堤突然塌陷,减缓地表沉降,起到预警作用。但该技术目前仍没有较为成熟的设计方法。统计已有的活动门实验数据,提出计算塌陷区加筋体上竖向荷载的简化太沙基公式。针对塌陷尺寸相对较小的情况,假设作用在塌陷区加筋体上的竖向荷载为倒三角分布模式,推导并验证了计算加筋体挠曲、拉力和地表沉降的解析方程。提出同时考虑正常使用极限状态和承载能力极限状态的设计方法,分析塌陷宽度、路堤高度、土体内摩擦角等参数对加筋体最大拉力和地表沉降的影响。研究结果表明:塌陷宽度是影响加筋体选取的最主要因素,当加筋体刚度增加到一定程度之后,再提高加筋体刚度对减小地表沉降不明显。

土工合成材料在国外路基加筋中的应用研究

文章总结回顾国外土工合成材料加筋路基力学机理、试验研究及设计方法研究现状,通过对现有路基加筋设计方法进行比较,指出现有土工合成材料加筋设计方法的不足,并就今后需进一步研究的领域提出建议。

废弃口罩加筋的煤矸石路基粗粒土填料动力特性试验研究

为实现废弃口罩资源化再利用,将其运用于煤矸石路基的加筋中,通过开展循环荷载作用下不同加筋方式、不同口罩含量的煤矸石路基填料大型动力三轴试验,探讨了口罩加筋煤矸石路基的可行性和影响因素,研究了口罩对煤矸石路基的加筋效果。研究结果表明:(1)口罩加筋煤矸石路基粗粒土填料能取得良好的加筋效果;(2)不同加筋方式、纤维尺寸、口罩裁剪方向、路基中的口罩含量均会对口罩加筋煤矸石路基粗粒土填料的加筋效果产生影响;(3)在已尝试的试验方案中,土样每20 cm铺设一层口罩织物的加筋效果系数为1.663,加筋效果最为出色。在不同口罩含量对比试验中,土样中口罩含量为30个时,加筋效果系数为2.3,取得了最好的加筋效果,但从现有数据规律中可推论仍有提升空间。研究成果可为煤矸石路基填料改良提供参考。

土工格室加筋路基振动压实行为及预应力效应

通过建立路基离散元模型和土工格室有限差分模型,开展了一系列有限差分法-离散元法(finite difference method-discrete element method,简称FDM-DEM)耦合数值计算,探明了土工格室加筋路基在振动荷载作用下的压实行为。进一步揭示了土工格室对路基压实后水平残余应力的贡献,并在此基础上,提出了土工格室加筋路基的预应力效应,以体现施工期格室填料在经历加载并卸载后引起的格室撑阔对加筋效果的提升。结合微观接触组构、配位数变化、压实过程的应力路径,探讨土工格室加筋路基预应力效应的形成机制。研究结果表明,相较于未加筋路基,土工格室可以提高加筋路基的回弹模量,增加压实路基的水平残余应力。在振动荷载作用下,土工格室呈现上开口的喇叭形,土工格室口袋被撑阔,格室壁的最大应变为0.17%~0.21%。接触力分布也表明,在振动压实作用后,力链由竖直向水平方向发展,这体现在水平残余应力的增加,而土工格室则进一步提升了颗粒的横向接触力。

塌陷区上覆加筋路基力学行为演化与变形机理细观研究

为深入揭示塌陷区上覆加筋路基力学行为演化与变形机理,本文基于室内试验建立塌陷区上覆加筋路基离散元数值分析模型,从细观层面分析不同筋材长度、塌陷区宽度、路基高度条件下颗粒间接触力链分布、颗粒间相对位移、筋材弯曲变形与拉力、土拱比等变化规律,进而探究筋材长度、塌陷区宽度、路基高度对加筋路基力学行为与变形机理的影响规律。研究结果表明:合理的加筋长度能够使筋材有效承担上部路基荷载并限制路基填料颗粒间的相对位移;本研究中当筋材长度L=500 mm时,限制路基填料颗粒间相对位移的效果最佳,此时,筋材拉力达到最大值,筋材的弯曲变形达到最小值,颗粒间接触力链形状表现为完整拱形;在锚固比相同的条件下,塌陷区宽度越大,土拱效应的发挥程度就越低,土拱比就越小,颗粒间接触力链形状由完整拱形演变为2条未闭合的斜边,随着塌陷区宽度的增加,路基变形范围和筋材变形逐渐增加,加筋效果逐渐减弱;随着路基高度的增加,能够有效限制土拱效应的退化并使土拱效应得到充分发挥,颗粒间接触力链形状由2条和路基底部具有一定夹角的斜边演变为完整拱形,筋材拉力逐渐增大,筋材水平与竖向位移均逐渐减小,路基变形范围形状由矩形变为环状椭圆形且宽度基本不变。

浸水对重载铁路加筋路基动力特性的影响

为了解决重载铁路路基湿化后路基性能下降,影响列车行车安全的问题,通过室内模型实验模拟不同轴重列车动载作用,研究浸水前、后重载铁路加筋路基的动力特性及长期稳定性.结果表明,浸水后素土路基的应力、沉降、加速度会显著增大;浸水后与素土路基相比,格室加筋后路基最大应力下降21%,轨枕沉降下降20%,复合加筋路基的最大应力下降23%,轨枕沉降下降30%,复合加筋效能优于格室加筋.加筋可以提高路基强度,使路基的上部结构更稳定,降低路基加速度.浸水后路基各层的应力衰减系数增大,加筋使应力衰减系数和应力竖向扩散深度减小.加筋可以降低路基孔隙水压力峰值,提高孔隙水压力的消散速度.浸水后土工布可以保持道砟层性能,减轻道砟污化.

废旧轮胎加筋路基现场试验研究

废旧轮胎具有自重小、弹性好等优点,是一种良好的土木工程材料,在国外的一些工程中已经得到应用,但目前国内很少有废旧轮胎在土木工程中应用的报道。以某高速公路填挖交界处路基差异沉降处治为依托,应用废旧轮胎对路基进行加筋处理,详细描述了材料特性、施工组织流程和传感器布置情况,并对其竖向土压力、地基沉降变化规律进行了系统分析。作为国内首个废旧轮胎整胎加筋路基工程,为该技术在国内的应用和推广奠定了基础。

降雨入渗对土工格室加筋路基动力响应的影响研究

为评价土工格室加筋对降低复杂因素下路基的病害问题,基于相似理论开展了土工格室加筋路基的缩尺模型试验,分析了交通荷载和降雨入渗共同作用下的路基响应问题。设置了无加筋路基和土工格室加筋路基2种缩尺寸模型,通过施加半正弦荷载模拟交通荷载、自制降雨系统模拟降雨条件,研究了加筋与非加筋两种路基的动力响应差异,分析了降雨因素对加筋与非加筋路基动力响应的影响,并讨论了各因素的影响程度。在此基础上建立全尺寸道路结构数值模型,研究了加筋层数对路基承载特性的影响。试验结果显示土工格室加筋可明显提高路基在交通荷载及降雨入渗共同作用下的强度和稳定性,可降低路基动应力的峰值并缩减了路基工作区深度。路基工作区与加筋层数负相关,与加筋层数间存在渐近现象。结果表明:土工格室可在路基中发挥其抗拉强度的优势,在平面范围内形成网兜响应区域,减小路基的沉降量;路基动应力的峰值降低和路基工作区深度变浅说明浅层的土工格室层拉应力较大,加筋效果较好,限制土体的作用较为突出;埋置较深的土工格室不能充分发挥材料性能,可作为提高路基稳定性的手段。

加筋拓宽路基模型试验研究

为了提高拓宽路基加筋处置技术效果,文章通过室内模拟试验,对拓宽后格栅的设置情况下路基变形后的内部应力规律进行对比分析,并对土工格栅设置层数及层位的合理性提出建议。研究结论如下:①相比无格栅,设置格栅对避免拼宽差异沉降具有一定的效果;②新老路基差异沉降会造成土拱效应,主要集中于新老拼接底部位置处;③路基拼宽加筋技术的效果很大程度上取决于铺设层位的选定。

废旧轮胎加筋路基的力学特性研究

我国是汽车工业大国,废旧轮胎产量巨大,常规的存放及处置方法占用土地且污染环境,极大地危害环境卫生安全;同时,废旧轮胎具有自重小、弹性好等优点,是一种良好的土木工程材料,但目前的研究仍不充分。通过应用FLAC 3D有限差分软件,建立废旧轮胎加筋路基的数值模型,分析其在竖向均布荷载作用下,不同填土性质、加筋形式等对废旧轮胎加筋路基力学性能的影响。数值模拟结果表明,废旧轮胎加筋能够提高路基承载能力,减小沉降。

模块面板式加筋土路基力学行为试验研究

利用加筋土路基室内试验模型,探索模块面板式加筋土路基在顶面局部荷载作用下的受力变形规律。结果显示:侧向和竖向土压力沿格栅布设长度方向均呈中部大、两端小的非线性分布趋势;面板累积侧向位移沿面板高度呈“中央大于首尾”的非线性分布趋势;格栅累积应变在整个填筑-加载过程中经历增加-波动和减小-稳定两个阶段;路基上部附加应力扩散角随外荷载的增加呈先增后减态势;侧向土压力系数沿面板高度分布规律与侧向土压力较为一致。

移动荷载作用下跨越空洞加筋道路动力响应分析

为研究跨越空洞加筋道路系统的动力特性,将加筋道路系统视为跨越空洞的双层地基梁,推导出移动荷载作用下加筋道路系统动力响应解析解。通过与既有理论模型计算结果对比,验证所推导计算式的正确性。并探讨了空洞宽度、路面板抗弯刚度、加筋垫层抗弯刚度、回填土及路基弹性系数对加筋道路系统动力响应的影响。分析表明:加筋道路底部空洞宽度、路面板抗弯刚度以及路基弹性系数对移动荷载作用下加筋道路系统振动响应的影响较大,并且对加筋垫层中点振动位移的影响比对路面板的影响更显著。加筋垫层抗弯刚度对其自身中点振动位移影响较大,但对路面板中点振动位移的影响较小。而回填土弹性系数对路面板中点的振动位移影响较大,但对加筋垫层中点的振动位移影响较小。

加筋路基处治不均匀沉降模型试验研究

通过室内小比例模型试验,模拟高速公路过渡段施工中经常采用的土工格栅加筋路基,研究土工格栅加筋结构能否有效控制高速公路过渡段的不均匀沉降。试验共设计了不铺设土工格栅、铺设1层土工格栅在路基上、中、下位置、铺设2层土工格栅在路基上中、中下、上下位置铺设,以及铺设3层土工格栅上中下位置,共8种工况,分析各种土工格栅加筋方案中路基的不均匀沉降和土工格栅的受力特性。试验结果表明,土工格栅加筋路基可明显调节过渡段的不均匀沉降,在路基的中部和上部铺设2层土工格栅的加筋效果最佳。

公路加筋路基的变形和承载力分析

基于双参数地基模型和土与加筋体之间的库仑摩擦假设,提出了相应的简化分析模型,考察了公路加筋路基的受力变形特性和相关参数对加筋路基施工效果的影响.结果表明：在路基沉降变形控制要求相同的情况下,铺设土工合成材料,可使颗粒填料层厚度降低50%左右,筋材应变最大值出现于距对称中心1.5~2.0倍的加载范围内;在路基填料层厚度保持不变时,铺设土工合成材料,可使路基承载力提高33%;在不考虑筋材的抗弯刚度时,加筋处理可使路基承载力提高约15%.

地震作用下加筋土路基力学行为的弹塑性分析

就地震作用下加筋土路基的力学行为进行了分析.计算时土体选用能考虑动载作用下土体中孔隙水压力的变化等因素影响Finn弹塑性动本构模型,土体与筋材的相互作用通过筋土界面模型进行模拟,采用Biot动力固结理论描述土体在流体与动力相互作用下的力学特征.然后利用该模型分析了在地震荷载作用下,加筋与不加筋土路基的侧向位移、沉降与土体中孔隙水压力分布的特点.结果表明:土体加筋可以在一定程度上缓解地震对路基产生的破坏作用.该方法简单实用,且模型中的参数可以通过常规的土工试验获得.对分析地震荷载作用加筋土路基的力学行为有很好的指导作用.

轮胎碎片加筋砂土路基承载力试验

废旧轮胎碎片与砂土混合使用,可以有效提高路基承载力,减小路基不均匀沉降。为了深入研究废旧轮胎碎片加筋路基工作机理,通过室内模型试验,利用数字照相无标点变形测量系统,结合地基土压力分布和P-S曲线,研究了废旧轮胎碎片加筋路基的加筋机理和破坏模式,研究结果表明,轮胎碎片加筋使土体位移场产生了显著的变化,有效的限制了路基浅部土体的水平位移,轮胎碎片含量为5%时,加筋效果较优。

加筋土路基稳定性分析

稳定性是加筋土路基设计首先应考虑的问题.以往的加筋土路基稳定性分析多采用传统的极限平衡法(LEM),并简单地将筋材的作用等效为拉力,而忽略了土体-筋材的相互作用.以岩土工程专业有限元程序Phase2V6.0为研究平台,建立真实反映加筋土路基力学行为的精细数值分析模型,运用剪切强度折减法(SSRM),分析加筋土路基的稳定性.

移动荷载下无面层加筋路基的动力响应

为研究移动荷载下饱和加筋复合土体的动力响应问题,采用半解析方法,将加筋路基看成宏观上的横观各向同性体,由Biot波动方程出发,对荷载进行Fourier级数展开,假设响应函数的级数形式,结合边界条件,由待定系数法求解考虑固液耦合作用的饱和加筋复合土体在移动荷载作用下土体位移、有效应力及孔压的表达式,通过计算分析加筋率、筋材模量、荷载移动速度对复合土体竖向位移和孔压的影响.数值分析结果表明:加筋率只有在一定范围内时加筋效果才会比较明显;加筋复合土体表面最大竖向位移随着速度的增大而增大,达到峰值后迅速减小.

岩溶塌陷影响下加筋路基承载机理研究

在可能发生岩溶塌陷的地区建造路堤,可采用在路堤底部铺设土工合成材料加筋垫层的方法加固路基,防止岩溶突然坍塌造成路堤塌陷。采用PLAXIS3D软件,运用更新网格的大变形有限元分析方法,研究加筋路基在岩溶塌陷影响下路堤和筋材位移、应力场分布规律及加筋路基的承载机理,分析了岩溶塌陷尺寸、路堤填土高度、筋材抗拉刚度和路堤填土性质对地表最大沉降和最大拉力的影响。结果表明,地表最大沉降与路堤中是否形成封闭的应力穹顶密切相关,封闭的应力穹顶高度主要受塌陷尺寸和路堤填土黏聚力影响;筋材抗拉刚度、路堤高度和路堤填土内摩擦角对封闭的应力穹顶高度影响较小;筋材横纵向最大拉力按筋材横纵向抗拉刚度比例分配,单向与双向加筋差别不大。

软土地区加筋土路基大变形固结有限元分析

指出既有软土地区加筋土路基数值分析软件存在着的一些不足与欠缺,基于荷兰土工有限元软件Plaxis,建立软土地区加筋土路基大变形固结有限元精细数值分析模型,考虑更新网格和更新水压,比较大变形固结有限元和小变形固结有限元分析的结果,利用剪切强度折减法,探讨施工全过程中加筋土路基的稳定性及潜在滑动面性态的演变。考虑更新网格和更新水压后,能更真实地反映软土地区加筋土路基的固结沉降性状;筋材的铺设能有效阻滞路堤边坡滑动,为防止工后固结若干年后可能出现的路堤坡面的浅层滑动,应适当加强坡面防护与加固。