Bearing capacity of circular footings on multi-layered sand-waste tire shreds reinforced with geogrids

The presence of waste tires poses an environmental challenge as they occupy a significant amount of land and are expensive to dispose in landfills.However,reusing waste tires can address this issue when waste tires are used in geotechnical applications.To determine the viability of this approach,laboratoryscale tests were conducted to investigate load-bearing capacity of circular footings on sand-tire shred(STS)mixtures with shredded waste tire contents of 5%e15%by weight and three different widths of shreds.The investigation focused on analyzing the thickness of layers composed of STS mixtures,the soil cap,and the impact of geogrids on bearing capacity.The results indicate that a specific mixture of sand and tire shreds provides the highest footing-bearing capacity.In addition,the optimal shred content and size were found to be 10%by weight and 2 cm×10 cm,respectively.Furthermore,for a given tire shred width,a particular length provides the largest bearing capacity.The results agree well with that of previous research conducted by the first author and his colleagues in direct shear and California bearing ratio(CBR)tests.The primary finding of this research is that the use of two-layered STS mixtures reinforced by geogrids significantly enhances the bearing capacity.

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。

高速铁路土工格栅加筋膨胀土边坡作用机制

土工格栅加筋处治是解决膨胀土边坡问题的关键技术。为深入研究格栅与膨胀土相互作用机制,依托南宁铁路改柳南线工程,开展加筋设计及格栅抗拔稳定性计算。将考虑膨胀土侧向膨胀影响及格栅反包约束作用的设计方案应用于实际工程中,并通过预埋设的监测元件,对自然降雨−蒸发气候下加筋边坡的含水率、应力、位移及格栅应变的变化特征进行长期监测。研究结果表明:在考虑侧向膨胀及格栅约束的影响下,土工格栅的抗拔稳定安全系数仍满足规范要求。基于监测数据发现,受大气环境影响,体积含水率的波动幅度由浅至深逐渐减弱;格栅应变变化趋势与土体应力变化趋势基本一致,随季节性干湿气候呈“波浪”式变化;靠近坡面土体受大气干湿循环的影响更为显著,对降雨入渗敏感,其土工格栅应变变化迅速,峰值出现时间早;格栅应变峰值远小于格栅允许拉应变,且边坡累积水平位移量较小,表明加筋边坡滑移破坏风险较低;在降雨过程中,格栅对边坡土体施加弹性约束,允许坡面发生一定程度的膨胀,释放坡体因增湿产生的膨胀势,从而避免边坡因侧向应力增大形成渐进式滑坡,体现了土工格栅加筋膨胀土边坡“以柔治胀”的作用机制。研究成果可为高速铁路膨胀土边坡的土工格栅加筋设计与施工提供理论和技术支撑。

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。

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。

基于离散元的冲击荷载下加筋道砟细观研究

为了从细观上探究冲击荷载下加筋材料加固作用机制,通过离散元方法建立道砟颗粒模型,采用平行黏结模型建立土工格栅、土工格室柔性模型;通过对比室内道砟冲击试验和数值模拟结果,从宏观、细观上研究道砟竖向累积沉降和侧向变形,并对道砟应力链分布、颗粒接触和位移等进行细观分析。结果表明:在冲击高度为250 mm时,相较于未加筋道砟,土工格栅加筋道砟的竖向沉降和侧向变形分别减少24.4%和12.7%,土工格室加筋道砟分别减少33.5%和24.0%;由于道砟加固区存在垫层效应,土工格栅和土工格室加筋道砟的颗粒接触数分别增加9.3%和42.6%,平均接触力分别减少5.6%和16.7%;对比道砟颗粒平均位移,土工格栅和土工格室加筋工况相较于未加筋工况分别减少13.3%和21.1%,土工格室加固效果比土工格栅更为显著。

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。

格栅节点加强对风积沙筋土界面力学性能的影响

在普通双向土工格栅上附加节点,可形成具有立体加筋效果的加强节点土工格栅。在普通双向土工格栅加筋风积沙拉拔试验和离散元数值模型的基础上,构建加强节点土工格栅加筋风积沙的三维离散元拉拔模型,研究加强节点排布方式、厚度、数量、相邻节点间距对筋土界面力学性能的影响。研究结果表明:在节点上侧加强、节点下侧加强和节点上、下两侧同时加强的排布方式中,上下两侧同时加厚对极限拉拔阻力和界面摩擦角的增幅最大;加强节点可优化土工格栅的加筋性能;当节点布置方式不变时,加强节点厚度和节点数量均与极限拉拔阻力增量呈现出良好的线性相关性;与普通土工格栅相比,加强节点土工格栅的剪切带范围更大,且限制土体位移的能力更强;当多个节点同时工作且相邻节点的间距较小时,相邻节点的影响区域互相重叠,使节点提供的极限拉拔阻力增量降低,产生节点群体效应;随着相邻节点的间距增大,节点影响区域的重叠范围减少,群体效应逐渐减弱。

含水率和冻融循环对筋土界面剪切特性的影响

制作了一套可实现温度控制的筋土界面直剪试验设备。为了研究含水率、界面温度、冻融循环次数对筋土界面剪切特性的影响,开展11组土工格栅-砂土界面直剪试验。研究结果表明,筋土界面的黏聚力和摩擦角均随含水率的增加而减小,当含水率提高时,筋土间的抗剪强度减弱。加筋可显著提高冻土的抗剪强度,当界面温度为-10℃时,土工格栅-砂土界面剪应力峰值较冻结后砂土的剪应力增加了约20%。筋土界面剪应力随着界面温度的降低而增大,当界面温度在0℃以下时,剪应力较大且剪应力-剪切位移曲线会出现峰值强度和残余强度,而在无冻结情况下,筋土界面剪应力稳定值基本相同。冻融循环后筋土界面的抗剪强度减小,筋土界面的黏聚力和摩擦角均随着冻融循环次数的增加而减小,但在4次冻融循环后趋于稳定。研究成果可为冻土地区土工格栅加筋土结构的设计和应用提供理论依据。

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。

包裹式加筋土桥台结构性能现场试验研究

为探究包裹式加筋土桥台结构性能,依托安徽省明(光)巢(湖)高速公路包裹式加筋土桥台项目,进行现场原位监测。通过工后330 d的现场监测,研究了包裹式加筋土桥台面板后水平土压力、桩侧水平土压力、面板水平位移、面板沉降,以及土工格栅应变等分布和变化规律,同时探讨了绕桩格栅截断对面板后水平土压力分布的影响。结果表明:面板后水平土压力沿墙高呈非线性分布,面板中部水平土压力大于其他位置,同时墙趾约束会使底部水平土压力逐渐增大,格栅绕桩截断对面板后水平土压力未造成显著影响;桩侧水平土压力沿高度呈近线性分布,盖梁的存在会使桩侧上部水平土压力偏小;面板水平位移和沉降在工后150~180 d内达到稳定状态,最大变形值均出现在道路中线附近;墙背土工格栅应变随墙高呈非线性分布,随桥台运营时间出现收缩现象。总体上,包裹式加筋土桥台在工后较为稳定,服役期间的监测数据可为今后类似工程设计施工提供参考。

格栅加筋处治沿海高速公路拓宽路堤数值分析

为了研究沿海高速公路路堤拓宽差异沉降关键影响因素,采用有限差分软件FLAC^(3D)建模分析,探讨土工格栅加筋参数(格栅层数与格栅弹性模量)、新路堤填土参数(土体重度与土体弹性模量)对拓宽路堤差异沉降的影响,并提出了路堤拓宽最优设计方案。结果表明:土工格栅加筋参数对路堤差异沉降改善作用较小,而新旧路堤差异沉降随着路堤填土重度的增大而增大,且随着路堤填土弹性模量的增大而减小;最后,通过对影响拓宽路堤差异沉降的关键影响因素和拓宽路堤最大剪应变增量进行分析,建议在实际改扩建路堤加宽过程中选择轻质高强的路堤填料,以此来改善路堤拓宽差异沉降的影响。

高速公路改扩建膨胀土路堤处置方法研究

为在高速公路改扩建工程中充分利用膨胀土填料,该文借鉴膨胀土直接筑路的成功经验,依托G40沪陕高速公路合肥至大顾店段改扩建项目,提出采用土工格栅加筋膨胀土包边的路基处置方案。通过室内试验开展膨胀土填料的路用特性和膨胀性试验,确定填料的适用范围和压实控制指标。最后,通过路堤湿胀量预估、土工格栅加筋边坡稳定性分析和经济效应分析,对处置方案的可行性进行论证。结果表明:填料胀缩总率为1.12%,R_(CBR)大于3%,初步验证了该膨胀土样可采取包边、加筋等物理处置后用作下路堤填料的可行性。若采用湿法击实试验所确定的压实控制指标,路堤湿胀量预估值将比干法的小1个数量级。各层土工格栅的抗拔安全系数均满足规范不小于2.0的要求,不会存在拔出风险。相比石灰改良方案,该方案可极大地缩短工期和节约造价。

整体现浇面板包裹式加筋土挡墙力学特性研究

为探究整体现浇面板包裹式加筋土挡墙在交通荷载作用下的受力变形特性,以成昆铁路峨米段整体现浇面板包裹式加筋土挡墙为工程背景,利用现场监测数据并运用大型岩土有限元软件midas GTS对整体现浇面板包裹式加筋土挡墙进行了系统研究,实际工程中应适当增加挡墙中部筋带数量,减少加筋间距,增大加筋长度,采用短筋和长筋交替布置的方案,充分发挥筋材的加筋作用,加强挡墙整体稳定性。

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。

级配对粗粒土-格栅界面循环剪切特性影响试验研究

【目的】为研究级配对粗粒土-土工格栅界面动力剪切特性的影响规律,【方法】基于连续级配方程,通过改变试样的最大粒径d_(max)和级配面积S,制备了18组不同级配试样,对各组试样分别进行设置土工格栅和不设置土工格栅的循环直剪试验,分析d_(max)和S对界面循环剪切特性的影响,并引入了加筋剪切刚度系数α_(K)和加筋阻尼比系数α_(D),来评价土工格栅对动剪切强度参数的影响效果。【结果】结果显示:当小于格栅网孔尺寸的粗粒含量较高时,剪切刚度K随着d_(max)的增大而增大,阻尼比D随着d_(max)的增大而减小;反之,则表现出相反的趋势。K和D均与d_(max)呈对数函数关系;K和D与S的关系均可用二次多项式表示。此外,给出了α_(K)和α_(D)与粒孔比的关系,即随着粒孔比的增大,α_(K)先增大后减小,α_(D)呈先减小后增大的规律。当粒孔比取0.073左右时,土工格栅对粗粒土循环剪切特性的加筋效果最好。【结论】结果表明:颗粒与土工格栅间的互锁机制对粗粒土-格栅界面的循环剪切特性有重要影响,当大部分颗粒粒径小于格栅网格尺寸时,颗粒与格栅间的互锁机制充分发挥;当颗粒最大粒径及格栅网格尺寸相同时,存在一个最优级配面积,使得粗粒土-格栅界面的抗震性能最好。

桩网结构路基动静承载性状分析

为研究桩网结构路基在静动荷载作用下的承载性状,采用有限元分析方法对桩网结构路基在静动两种荷载下的承载特性、荷载传递机理、土拱形成及发展规律进行了数值计算。通过分析静动两种工况下桩土应力、桩周土压力分布、桩土应力比及土拱效应,并与试验结果进行了对比分析。结果表明:静载作用下基桩轴向应力约为400 kPa,最大土压力出现在路基中部,且沿路基横向向外逐渐减小;动载作用下沿路基横向布置的桩体的动应力在埋深方向呈先增大后减小趋势,其竖向应力最大值约为静载下的160%;动载下路基内部土拱效应较静载有大幅削弱,其中削弱最大的为四桩中心处的空间土拱效应,其桩土应力比约为静载的29.3%。

土工合成材料加筋沥青混合料抗车辙性能研究

文中通过室内试验研究不同加筋方案下土工合成材料对沥青混合料的加筋效果。从弹性力学的平衡原理与变形协调原理出发,考虑加筋边界条件的影响,推导土工合成材料在沥青层中的加筋约束力,并根据加筋约束力的影响因素(土工合成材料的种类、加筋边界条件及加筋层的位置)设计出12种加筋方案。根据上述加筋方案制备沥青混合料加筋试件并进行车辙试验。结果表明,土工合成材料加筋在车辙试验中能够抑制循环轮载作用下沥青混合料的竖向永久变形,提升车辙动稳定度。同等条件下,土工格室加筋后的抗车辙性能远优于土工格栅,设置SBS改性沥青黏结层的抗车辙性能略优于设置环氧改性沥青黏结层且均优于未设黏结层情况,中层加筋时的抗车辙性能优于下层加筋。

预制+现浇组合式面板加筋土挡墙力学特性研究

为了分析预制与现浇组合式面板加筋土挡墙在交通荷载下的力学行为和变形特性,研究依托成昆铁路复线挡墙工程,以成昆铁路某段复合式加筋挡土墙结构为研究对象,通过现场实测和数值模拟结合的方式,对加筋土挡墙的力学特性进行了研究,重点分析了面板变形、墙后土压力、基底及墙顶沉降等分布规律。分析结果表明,实际工程中应适当增加挡墙中部筋带数量,减少加筋间距,增大加筋长度,采用短筋和长筋交替布置的方式,可充分发挥筋材的加筋作用,以加强挡墙整体稳定性。

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。