重复荷载作用下土工格栅包生态袋加筋土挡墙动力特性试验研究

设计并制作了土工格栅包生态袋加筋土模型挡墙,测试了模型挡墙在不同幅值、不同频率重复交通荷载作用下的加速度、动土压力、累积变形和土工格栅拉应变,获得了挡墙在重复交通荷载作用下的动力特性和累积变形发展规律。研究表明：在交通重复荷载作用下,土工格栅包生态袋加筋挡墙顶层的加速度响应最大,沿墙高按指数模型衰减,且水平加速度衰减较竖向加速度快;挡墙内的动土压力也是在顶层最大,随墙高降低而减小;挡墙的变形和土工格栅拉应变增量在加载初期较大,随加载次数的增加而增大,受荷载幅值的影响明显,受频率变化的影响较小;竖向累积变形主要来自挡墙上部土体的沉降;水平累积变形总体上为上部大下部小。     

复合格宾土工格栅加筋土挡墙模型振动台试验

复合格宾土工格栅加筋土挡墙已被广泛应用于公路、铁路工程。为探究复合格宾土工格栅加筋土挡墙的动力响应,开展了复合格宾土工格栅加筋土挡墙振动台模型试验,研究在地震荷载作用下挡墙的加速度放大系数、竖向沉降、水平位移等动力特性。试验结果表明：当地震动峰值加速度为 0.8g 时,挡墙处于整体稳定状态;加速度在墙后填土中沿墙高呈现非线性增大的趋势,与《公路工程抗震设计规范》中规定的趋势一致;顶部竖向沉降最大值为3.48 mm,沉降墙高比为 0.174%,远小于美国 AASHTO 规范的 2% 限值;随着输入地震动时程峰值的增大,挡墙水平位移沿墙高逐渐增加,墙体变形模式由转动为主过渡到平移、转动耦合,地震永久位移达到了墙高的 1.06%。     

列车荷载作用下X形桩-网复合地基动力响应研究EI北大核心CSCD

基于大比例X形桩‑网复合地基模型,开展了高速铁路列车荷载下桩‑网复合地基的动力特性试验研究,分析了不同车速情况下地基土的振动速度、动应力和动位移的分布特性,探讨了循环荷载下轨道路堤地基系统的振动响应和路堤内部动应力的分布特征和衰减规律。采用PLAXIS 3D建立数值分析模型,研究了不同列车轴重及振动频率对路堤振动速度响应的影响,对比了无筋路堤与双层土工格栅加筋路堤在动荷载作用下桩顶与桩间土竖向应力的分布规律。结果表明:轨道板表面处竖向位移随时间呈“M”形周期性变化;竖向速度响应在路堤表层处最大,沿地基横向及深度方向逐渐衰减,在路堤中衰减了近90%。随着加载频率及加载幅值的增大,土体振动速度逐渐增大。动荷载对无筋路堤影响显著,土拱效应明显减弱,桩土应力比值随加载频率的提高逐渐减小。土工格栅加筋路堤张力膜效应能够减小动荷载对复合地基的影响。     

动载频率对土工格栅加筋土挡墙动力特性的影响

为研究加筋土挡墙在动荷载作用下的动力响应规律,利用自行设计的试验箱开展土工格栅加筋土挡墙大比例模型循环动载试验,分析加筋土挡墙在不同频率的循环动载作用下挡墙变形、动土压力以及动力加速度等参数变化规律,揭示动载频率对加筋土挡墙动力特性的内在影响机理。试验结果表明:加筋土挡墙累计(水平及竖向)变形随动载水平及频率增加基本呈台阶式线性增长,累计水平位移沿墙高呈上大下小趋势,累计沉降受动载水平的影响远大于动载频率;加速度峰值受动载频率、动载水平影响均较为显著,随动载频率增大而明显增大,随动载水平增大而减小;随着频率的增大,加大了动载振动能量,加速度有较为明显的增幅但对土压力和加筋土挡墙变形的影响微小;而随着动载水平的逐级增加,加筋土复合体不断振动压实使复合体的整体结构刚度不断变大,加筋土复合体的阻尼作用及由能量扩散引起的衰减最终导致加速度动响应逐渐变小。     

填土加筋对悬臂式挡墙地震响应影响的模型试验研究EI北大核心CSCD

为探讨墙后填土加筋对悬臂式挡墙抗震性能的改善效果,开展了缩尺比1∶4的悬臂式挡墙及墙后填土加筋的振动台模型试验。采用小震0.11g、中震0.24g、大震0.39g的简谐波激励模型结构,获得加速度、位移、土压力等响应量,分析了填土加筋对模型自振频率和阻尼比的影响,对比加速度放大系数、振动位移、墙-土相互作用等地震响应差异,讨论了填土加筋的减震效应随加载幅值变化特征。试验表明:填土加筋可提高墙-土体系的整体性、减小振动伤损,自振频率和阻尼比在历经振动后的变化幅度相对未加筋模型更小;加筋措施可使小震和中震下墙体惯性力与地震土压力产生明显相位错峰,大幅降低不利位移状态时墙体承受的地震土压力,但大震下墙体水平位移小于填土,墙-土挤压作用显著,减震效应发挥欠充分。     

交通荷载作用下土工格栅加筋路基的弹塑性分析

基于所提出的土工格栅与土动力相互作用有限元分析模型和分析程序G－D,对路面下铺设土工格栅的道路模型和不加筋道路模型进行动力响应对比分析,研究在交通荷载作用下加筋路基位移和加速度响应特性和土工格栅与土的相互作用对加速度的影响,以揭示土工格栅的加筋机理和效果。     

新型加筋土挡墙动变形特性试验研究

对加筋格宾挡墙、绿色加筋格宾挡墙以及柔性网面土工格栅加筋土挡墙三种新型加筋土结构进行室内试验研究,施加了五种频率、四种振幅的动变循环荷载。每种挡墙累积振动次数达到200万次,得出了影响加筋土挡墙动变形特性的因素及其显著性,以及三种新型挡墙在不同频率、不同振幅的动荷载作用下的侧向变形和竖向变形的发展和变化规律,并对分级卸载时的挡墙的变形特性也作了研究。三种新型的挡墙在试验荷载作用下动变形特性表现出了很大的共性。     

半正弦循环交通动载下加筋砾性土动力特性研究

为研究交通荷载下加筋砾性土的动力特性,以土工格栅为加筋材料,开展了多级长期循环荷载下无筋、平铺、环形竖向及环形立体组合加筋等不同加筋形式的半正弦循环荷载下加筋饱和砾性土动三轴试验,同时也进行了半正弦循环荷载下土体阻尼比计算公式的推导,并研究了加筋层数和围压对环形立体组合加筋砾性土阻尼比、骨干曲线等动力特性的影响规律。试验结果表明:多级循环荷载下砾性土试样的阻尼比呈现前期增大随后减小的规律,阻尼比在动应变达到1%左右达到峰值,且加筋能够减小砾性土试样的阻尼比;Hardin-Drnevich模型适用于描述加筋砾性土的骨干曲线,且模型参数a、b与围压和加筋层数之间分别存在线性关系和指数关系,基于此提出适用于不同围压、不同加筋层数下环形立体组合加筋砾性土的骨干曲线方程。     

半正弦循环交通动载下加筋砾性土动力特性研究

为研究交通荷载下加筋砾性土的动力特性,以土工格栅为加筋材料,开展了多级长期循环荷载下无筋、平铺、环形竖向及环形立体组合加筋等不同加筋形式的半正弦循环荷载下加筋饱和砾性土动三轴试验,同时也进行了半正弦循环荷载下土体阻尼比计算公式的推导,并研究了加筋层数和围压对环形立体组合加筋砾性土阻尼比、骨干曲线等动力特性的影响规律。试验结果表明:多级循环荷载下砾性土试样的阻尼比呈现前期增大随后减小的规律,阻尼比在动应变达到1%左右达到峰值,且加筋能够减小砾性土试样的阻尼比;Hardin-Drnevich模型适用于描述加筋砾性土的骨干曲线,且模型参数a、b与围压和加筋层数之间分别存在线性关系和指数关系,基于此提出适用于不同围压、不同加筋层数下环形立体组合加筋砾性土的骨干曲线方程。     

考虑地震时程的加筋土挡土墙动力分析

针对我国加筋土挡土墙设计中对于地震时程对加筋土挡墙的动力响应认识模糊的问题,基于有限差分数值分析软件FLAC,对一座高6m的土工格栅加筋土挡土墙进行了数值模拟,填土采用莫尔-库伦本构模型,土工格栅采用FLAC软件自带的Cable单元模拟,数值分析模型采用加拿大皇家军事学院的加筋土挡土墙振动台试验进行了验证,模拟分析时考虑了地震持续时间、地震波和地震峰值加速度的影响。数值计算结果对比了我国现行《公路加筋土工程设计规范》和美国FHWA设计规范的计算结果,研究表明：加筋挡土墙的土工格栅拉力和面板侧向位移随着地震持续时间的增加而增大,地震时程对加筋土挡土墙的受力和变形有较大的影响。地震加速度沿挡土墙高度有明显的放大效应,随着挡土墙高度增加,水平加速度的放大倍数逐渐增大。对于高度比较大的加筋挡土墙,传统的拟静力设计法采用单一地震系数的做法还有欠合理性,地震时程的影响应该在设计中得到充分重视。     

Effect of geosynthetic inclusion on the bearing ratio of two-layered soil

In this article, the load-settlement characteristics of unreinforced and reinforced two-layered soil during the loading process are investigated. A series of bearing ratio tests was performed on a granular soil as the base layer overlaying a cohesive soil as the subgrade layer. Three reinforcing conditions (unreinforced, reinforced with nonwoven geotextile, and reinforced with geogrid) at the interface of layers, with four compaction moisture contents (CMCs) of the subgrade layer and three thicknesses of the base layer for both soaked and non-soaked conditions are considered. The results show that the CMC of the subgrade layer has a significant effect on the behavior of two-layered soil, such as swelling amount and the efficiency of the reinforcements. Reinforcing with geogrid resulted in a considerable increase in strength of the soaked samples due to adhesion between geogrids and clayey subgrade layer. For nonwoven geotextiles, strength of the two-layered soil decreased at shallow penetration depths due to reinforcements; and as the penetration increased in depth, the strength also increased. Also, it was found that with decreases in base layer thickness, the test variable's value (i.e., CMC), and the type of geosynthetic reinforcement have significant effects on the behavior of two-layered soil.     

A study of the geogrid–subballast interface via experimental evaluation and discrete element modelling

This paper presents a study of the interface of geogrid reinforced subballast through a series of large-scale direct shear tests and discrete element modelling. Direct shear tests were carried out for subballast with and without geogrid inclusions under varying normal stresses of \(\sigma _n =6.7\) to \(45\hbox { kPa}\). Numerical modelling with three-dimensional discrete element method (DEM) was used to study the shear behaviour of the interface of subballast reinforced by geogrids. In this study, groups of 25–50 spherical balls are clumped together in appropriate sizes to simulate angular subballast grains, while the geogrid is modelled by bonding small spheres together to form the desired grid geometry and apertures. The calculated results of the shear stress ratio versus shear strain show a good agreement with the experimental data, indicating that the DEM model can capture the interface behaviour of subballast reinforced by geogrids. A micromechanical analysis has also been carried out to examine how the contact force distributions and fabric anisotropy evolve during shearing. This study shows that the shear strength of the interface is governed by the geogrid characteristics (i.e. their geometry and opening apertures). Of the three types of geogrid tested, triaxial geogrid (triangular apertures) exhibits higher interface shear strength than the biaxial geogrids; and this is believed due to multi-directional load distribution of the triaxial geogrid.     

循环动荷载下泥化夹层累积变形特性研究

泥化夹层是诱发岩体工程失稳破坏的重要因素之一。为研究循环动荷载下泥化夹层的累积变形特性,深入分析主要影响因素,在黄河中游某大型水利枢纽工程勘探平硐采取试样,开展了不同工况条件下泥化夹层的动三轴试验研究。在考虑主要黏土矿物成分、黏粒含量、含水率、围压和频率等影响因素的基础上,根据试验成果,探求适合描述泥化夹层累积应变发展规律的理论模型,并基于动应力～应变关系研究了泥化夹层的动弹性模量特征。研究结果表明:(1)泥化夹层的累积应变发展规律具有破坏型特征,不符合稳定型累积应变特征,利用Monismith模型进行描述是合理的;(2)泥化夹层的动应力～应变曲线符合Hardin双曲线模型;(3)泥化夹层的累积应变随含水率、黏粒含量和频率的增大而增大,随围压的增大先减小后增大;(4)泥化夹层的动弹性模量随围压增大单调递增,随循环周次、含水率和频率的增大而单调递减;(5)主要黏土矿物成分为蒙伊混层时,泥化夹层的累积应变最大,动弹性模量随循环周次增加而衰减最快。     

分数导数微分算子描述的粘弹性土层中群桩的水平振动研究

将桩周土体视为粘弹性介质,利用分数导数粘弹性模型描述土体的力学特性,在Novak 平面应变假定的基础上,借助于势函数并考虑土体边界条件求得了分数导数微分算子描述的粘弹性土层水平位移的衰减函数以及分数导数粘弹性土层的刚度和阻尼系数。利用Winkler 动力弹簧-阻尼器模型模拟桩-土之间的动力相互作用,并在此基础上利用初始参数法求解了分数导数粘弹性土层中桩-桩水平动力相互作用和群桩的水平振动问题。以数值算例的形式讨论了分数导数微分算子的阶数和土体的模型参数对分数导数微分算子描述的粘弹性土层水平位移的衰减函数和群桩的水平动力阻抗的影响。研究表明:分数导数微分算子的阶数对土层水平位移的衰减函数的影响与桩间距和荷载方向角有关;分数导数粘弹性土中群桩的动力阻抗可以退化到经典粘弹性和弹性情况;分数导数微分算子的阶数和土体模型参数对群桩水平动力阻抗有较大影响。     

土工格栅层加固软土地基的薄膜效应

本文提出一种模拟土工格栅轴对称受力状态下的薄膜模型，以及将这种薄膜模型引入有限元计算中的增量方法。并运用此种方法对软土地基进行受力分析。通过对计算数据的分析，阐述了土工格栅对软土地基受力的扩散以及界面约束等薄膜效应，对土工格栅提高软土地基承载力的机理进行了有益的探讨。     

循环温度作用下饱和黏土中摩擦型桩变形特性研究

能量桩兼具支承上部荷载与能量交换的双重功能,循环温度作用下端承型桩的承载性能、摩擦型桩的变形问题是两大主要问题;目前针对长期循环温度作用下饱和黏土中摩擦型桩变形特性与机理的研究仍相对较少。该文针对饱和黏土中的摩擦型桩,开展了长期循环温度作用下桩基热响应特性模型试验研究,实测了桩/土温度分布、温度引起的桩周土体孔隙水压力以及桩顶变形等发展规律,初步探讨了桩顶累积沉降的产生机理与变化规律。研究结果表明:单次温度循环过程中,桩顶位移变化率在制热时略小于制冷时,桩顶位移变化率的差值随着循环次数的增加而逐渐减小,从而累积沉降也逐渐趋于稳定;该文试验条件下,经过长期（20次）温度循环,摩擦型桩的桩顶累积沉降逐渐稳定在2%D（D为桩径）。     

反平面冲击荷载作用下圆柱形洞室的动力响应

对无限弹性土体内圆柱形洞室在反平面冲击荷载的作用下的瞬态响应进行了探讨。用残余变量的方法结合拉普拉斯变换及其逆变换,在频域内的得到土体位移和应力一般表达式,并采用拉普拉斯逆变换的数值方法,给出了问题的数值解。在时域内分析了无限弹性土体内圆柱形孔洞在沿轴向方向的冲击荷载作用下的土体动力响应的变化规律,并将计算结果与静力情况下的作了比较：反平面荷载作用后,波向外发散传播,并沿半径方向衰减,衰减速度较静力情况下的衰减要慢,且距离波源越远二者差别越大;波到达后,该点土体的应力和位移均发生与外荷载相同的三角形变化：先增大,随后减小最后保持为零不变。