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。

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。

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。

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。

离心模型试验中土工格栅拉力测量

选用高密度聚乙烯制成的三维土工网夹层作为模型土工格栅,进行一组软土地基上加筋路堤的离心模型试验。通过浇注的环氧树脂带应变测试与图像分析相结合的方法,研究路堤填筑过程中加筋材料拉应力的发展与分布。对环氧树脂分别进行了连续加载和分级加载标定试验,并提出相应的线弹性模型和广义开尔文模型。试验结果表明:(1)广义开尔文模型能较好地描述环氧树脂的力学特性,引进的时间因子使其能适用于不同拉伸速率的拉力计算;(2)线弹性模型未考虑环氧树脂的蠕变变形,弹性模量因加载速率不同而有所差异,故其无法准确计算路堤施工过程中的筋材拉力,试验的计算值平均偏大16%;(3)图像分析与应变测试具有较好的一致性,其偏差与位移大小和方向有关。

土工格栅受力状况的测试新技术

土工格栅在公路和铁路工程中应用广泛,但加筋结构中土工格栅效用的发挥仍不明晰。针对土工格栅受力状况测试的现状,提出采用电感式土工格栅位移计测量加筋结构中土工格栅应变的新技术,并在室内模型试验及现场土工格栅加筋路基试验段进行应用,通过电感式位移计测量的土工格栅应变与传统应变片测试结果及数值计算结果的对比,表明电感式土工格栅位移计测试技术准确可靠,适用于土工格栅加筋结构的现场测试。

加筋黄土变形和强度特性的三轴试验研究

用三轴压缩试验方法研究了土工合成材料加筋黄土的应力—应变及强度特性,探讨了在各种不同加筋方式和围压下加筋机理。结果表明,加筋可以增加土体破坏时的轴向应变和土体的抗拉能力,减小土的侧向变形;试验结果发现,并不是加筋层数越多越有利于土体的稳定,而是表现为加筋土的强度与布筋位置和层间距有一定的关系;同时,分析和解释了未加筋土的变形破坏和筋材在土体剪切破坏过程中的阻裂机理。试验研究得出了在土体中部加筋是最经济合理的布筋方式。

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。

超高无面板式土工格栅加筋路堤现场试验研究

结合在建宜巴高速公路50 m高的加筋填土断面进行现场试验,对超高无面板式土工格栅加筋路堤的格栅变形、垂直土压力、水平土压力、分层沉降以及深层水平位移等内容进行了近2 a的测试,研究超高无面板式土工格栅加筋土路堤的受力、变形规律,分析了其作用机理。结果表明:不同层位土工格栅的最大拉应变出现在离返包面约4~6 m处,格栅应变沿筋长呈双峰值分布,施工期土工格栅应变具有明显的滞后性,且工后1.5 a格栅出现明显的收缩回弹;土工格栅的存在对土压力分布具有明显的调整作用,格栅末端附近实测垂直土压力值略超过理论值,中间和近坡面部位实测土压力值小于理论值;水平土压力沿路堤高度呈非线性形式分布,路堤中部的水平土压力值略大于顶部,其值小于主动土压力;分层沉降量在施工期存在较大波动,在垂直高度上,上部和底部偏小,中下部偏大;深层水平位移随着深度的增加逐渐减小,填土结束后深层水平位移仍有一定程度增大。

塑料土工格栅长期蠕变行为的预测

建立塑料土工格栅蠕变性能测试室,测试了格栅试样的蠕变应变随时间的变化情况。测试在一定温度、湿度条件下进行,并对各试样加载了不同的载荷。从得到的时间-应变关系图中发现,当载荷水平较低时,蠕变发展缓慢;载荷水平较高时,蠕变发展较快且应变较大,并在测试周期内发生断裂。采用时间-温度等效和时间-应力等效相结合的叠加方法,预测了格栅的长期蠕变行为。根据叠加结果得出,格栅在温度为15℃、载荷水平为20%的使用环境下,使用寿命可达100a以上。测试的格栅试样在低于20%载荷水平下使用是安全的,而当载荷水平高于40%时,很可能在短时间内发生断裂。

重力式加筋土挡墙设计参数的影响分析

重力式加筋土挡墙是将传统重力挡墙和普通加筋土挡墙相结合的一种新型挡墙。采用FLAC程序,模拟"先浇筑重力挡墙,后填筑墙后加筋土"的施工顺序,在已完成一个典型重力式加筋土挡墙从墙后填土到墙顶和墙顶堆载完成以后两个阶段数值模拟,掌握其工作性状的基础上,进一步对重力挡墙刚度、墙后填土性质、加筋土工格栅性质、加筋长度和间距等主要影响因素进行数值模拟分析,为设计参数的合理选择提供依据。

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。

塑料土工格栅拉伸过程的试验研究

通过试验研究了塑料土工格栅的拉伸过程 ,总结了结晶聚合物土工格栅试样拉伸的一般规律 ,根据聚合物拉伸理论解释了试验现象 ,并探讨了塑料土工格栅连续稳定拉伸的条件。试验表明 ,塑料土工格栅试样的各成肋部分沿纵向被依次拉伸伸长是连续生产的基础 ;可由材料的应力 -应变关系初步判定塑料土工格栅试样拉伸的连续性 ,这对新型塑料土工格栅材料、工艺的研发 ,缩短试验周期是有利的。

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。。

循环荷载作用下土工格栅拉伸试验研究

为了了解土工格栅在动力荷载作用下的软化特性,采用应力控制的循环拉伸试验对土工格栅进行研究。试验中研究了在不同循环拉力、预拉力、加载频率下土工格栅的力学性能,着重研究了各个因素对土工格栅动应变及循环软化特性的影响。试验结果表明,随着循环次数、循环拉力、预拉力的增加,动应变增大;随着加载频率的增大,在相同循环次数下,动应变减小。随着循环次数、循环拉力、预拉力的增加,软化指数减小;随着加载频率的增大,相同循环软化指数逐渐减少。

加筋砂土中土工格栅配置形状与刚性效果试验

利用室内平面应变压缩破坏试验,对加筋砂土中土工格栅配置形状及其刚性的加筋加固效果进行了考察与分析.结果表明:增加土工格栅加筋材与砂土之间的接触面积,可以明显地提高加筋砂土的压缩强度,它所带来的加筋加固效果要远大于通过提高加筋材用量或增加刚性所带来的加筋加固效果.在材料使用量一定的情况下,合理地提高土工格栅的面内配置密度,可以有效地提高加筋土的压缩强度,加筋加固效果明显.

土工格栅拉拔试验及筋材受力特性分析

为了研究土工格栅的筋土界面作用特性与受力变形特征,利用自行研发的土工合成材料拉拔试验装置,对土工格栅进行不同竖向荷载的室内拉拔试验,分析格栅不同嵌固长度处的位移及应变特性,以揭示筋土相互作用的受力机理。结果表明,随着拉拔力的增加,土中格栅受力沿着嵌固长度方向发展,格栅前部分的应变持续明显增大;拉拔力沿格栅嵌固长度对周围土体的影响减少减弱,格栅嵌固长度越大,其相对位移与格栅应变越小;随着竖向荷载的增加,土工格栅的应变总趋势是变小;在拉拔力相对较小时,25 k Pa、50 k Pa和75 k Pa竖向荷载作用下格栅应变发展趋势相近,但随着拉拔力的变大,格栅受到土体摩擦力沿嵌固长度扩展,嵌固长度越大格栅后半段变形越少,末段格栅受力越小。

基础局部沉降下土工格栅加筋衬垫系统变形特性的试验研究

基础局部沉降会引起垃圾填埋场衬垫系统中的土工膜产生较大的拉应变,有可能导致衬垫系统性能下降,因此正确评价衬垫系统的应变就显得非常重要。通过模拟试验,采用应变片和位移计对基础发生局部沉降后土工格栅加筋衬垫系统的变形进行试验研究。试验结果表明:环境温度对衬垫系统的变形影响较大;相同组成材料下土工格栅和土工膜叠放在一起比其他方案更能降低土工膜的应变;衬垫系统刚度对沉陷范围影响不大,但对最大应变值影响较大。所得结果对垃圾填埋场衬垫系统的设计具有一定的指导意义。

基于BOTDA的土工格栅加筋膨胀土湿胀干缩特性试验

为了研究土工格栅加筋膨胀土湿胀干缩特性,制作了玄武岩纤维土工格栅加筋膨胀土和素膨胀土矩形槽试样,将传感光纤布设在土工格栅上和土层中,进行了湿胀干缩试验,利用布里渊光时域分析仪(BOTDA),得到素膨胀土和土工格栅加筋膨胀土试样在湿胀干缩过程中的光栅应变,对比分析两种土样应变分布特征。试验结果表明:在膨胀土湿胀干缩过程中,随着含水率的变化,加筋膨胀土平均应变变化量和变形小于未加筋膨胀土,反映了土工格栅对膨胀土体变形的约束作用和抑制裂隙发展的效果。