土工格栅与砂垫层界面力学特性试验研究

筋土间相互作用是加筋土强度提高的根本原因,是土工合成材料加筋加固应用中的核心问题。通过室内拉拔试验,分析了法向应力、砂垫层厚度、土工格栅横肋间距3个因素对加筋体极限拉拔力的影响,从宏观角度揭示了筋土界面间的力学特性。结果表明:增设5 cm厚的砂垫层后,格栅的极限拉拔力得到显著提高;高法向应力下,砂垫层厚度对拉拔试验结果影响更显著;在土工格栅加筋软土体中,增大横肋间距会减小筋土界面摩擦角,但是对黏聚力影响不大;格栅网格形态是筋土界面特性的重要影响因素。     

格栅套筒加筋碎石桩复合地基沉降计算方法

为研究格栅套筒加筋碎石桩复合地基的变形特性及沉降计算方法,开展加筋碎石桩复合地基承载变形机理分析。将复合地基划分为加筋段、非加筋段和下卧层三部分:基于空间问题的胡克定律和分层总和法思路,考虑加筋段桩土存在相对滑移但不出现塑性区,采用桩体单元并利用分层迭代法予以计算;由于非加筋段桩土竖向和径向变形协调,引入桩土单元体模型予以分析;下卧层沉降量则通过分层总和法计算,从而推导出格栅套筒加筋碎石桩复合地基沉降计算公式。工程实例分析结果表明,上述沉降计算方法所得结果与实测值较接近,且克服了现有分析方法所得结果偏于危险的缺陷,具有较好的合理性与可行性。     

基于离心模型试验的桩承加筋路堤筋材设置方法研究

在土工合成材料加筋土工程中加筋材料的合理设置对充分发挥筋材的作用至关重要。通过4组离心模型试验,研究了桩承式加筋路堤垫层中土工格栅两边端部反包设置的使用效果,包括对路堤稳定性、桩土荷载分担等的影响。结果表明：①加筋材料反包设置相当于将筋材锚固于路堤中,可充分发挥筋材的加筋作用,与加筋不反包相比,测得路肩下方格栅承受的拉力较大,而路堤中心处格栅受力相对较小;②加筋反包设置可提高桩土应力比,促使荷载向桩体转移;③加筋反包可降低路堤表面总沉降及不均匀沉降,减小地基土的侧向位移,提高路堤地基整体性和稳定性;④加筋材料的力学性质对加筋受力、桩土荷载分担和路堤变形存在较大影响,延伸率低、拉伸模量高的加筋材料更能发挥加筋膜效应。     

基于新型人工软土技术的加筋碎石桩复合地基承载特性模型试验

为研究地基不排水或排水不畅情况下加筋碎石桩复合地基的承载特性,配置了由钠基膨润土和甘油混合而成的新型人工软土地基,进行了4组加筋碎石桩复合地基路堤模型试验,并与排水条件下的试验结果进行对比分析。研究结果表明:加筋碎石桩复合地基沉降随筋材刚度的增大而明显减小,其桩土应力比远大于排水条件下的桩土应力比;筋材刚度较大时,桩体发生向路堤外的整体倾斜变形,而筋材刚度较小时,桩体则发生向路堤内的弯曲变形;部分加筋碎石桩复合地基的沉降明显大于全长加筋情况,且其桩土应力比小于全长加筋时的桩土应力比,但仍大于普通碎石桩的桩土应力比;不同加筋长度碎石桩桩体均在其加筋范围内发生弯曲变形,在未加筋部位发生鼓胀变形;排水条件对加筋碎石桩桩体变形和稳定性有显著影响,排水条件好,桩体弯曲变形小,反之,桩体则产生显著的弯曲变形。通过试验分析得出对于路堤荷载下的加筋碎石桩复合地基,应采用刚度较大的筋材对碎石桩体进行全长加筋,并保证地基的排水,可大幅提高路堤的稳定性。     

基于层合板理论的多层加筋碎石垫层承载特性分析

为研究多层加筋垫层自身极限承载特性,考虑多层土工格栅的加筋作用,假设加筋垫层为层合板,并根据静力平衡条件和应变连续条件,分析得出加筋垫层的极限承载能力计算方法,通过室内试验对理论推导公式进行结果验证。研究结果表明:理论计算与试验结果吻合较好;随着格栅层数、垫层厚度、碎石抗剪强度的增加,多层加筋垫层自身极限承载能力增强;随着桩间距和底层格栅距桩帽距离的增大,多层加筋垫层自身极限承载能力降低。     

第八届中国土工合成材料会议论文：基于离心模型试验的桩承加筋路堤筋材设置方法研究

在土工合成材料加筋土工程中加筋材料的合理设置对充分发挥筋材的作用至关重要。本文通过4组离心模型试验，研究了桩承式加筋路堤垫层中土工格栅两边端部反包设置的使用效果，包括对路堤稳定性、桩土荷载分担等的影响进行了探讨。结果表明：①加筋材料反包设置相当于将筋材锚固于路堤中，可充分发挥筋材的加筋作用，与加筋不反包相比，测得路肩下方格栅承受的拉力较大，而路堤中心处格栅受力相对较小；②加筋反包设置可提桩土应力比，促使荷载向桩体转移；③加筋反包可降低路堤表面总沉降及不均匀沉降，减小地基土的侧向位移，提高路堤地基整体性和稳定性；④加筋材料的力学性质对加筋受力、桩土荷载分担和路堤变形存在较大影响，延伸率低、拉伸模量高的加筋材料更能发挥加筋膜效应。     

海相淤泥质土地基加筋滤网碎石桩竖向承载性能试验研究

为研究加筋滤网碎石桩竖向承载性能,对现场海相淤泥质软土地基,采用预成孔加筋滤网碎石桩处理。通过超重型动力触探、平板载荷试验对处理效果进行评价,分析加筋滤网碎石桩单桩竖向承载性能。通过建立加筋滤网碎石桩单桩有限元模型,分析加筋滤网包裹长度对碎石桩单桩承载性能的影响规律。结果表明:加筋滤网碎石桩单桩竖向承载力特征值约是普通碎石桩的2.4倍;加筋滤网对碎石桩的侧向约束作用、承载力贡献均存在尺寸效应,对HP470型加筋滤网,当桩体直径大于1 200 mm时,加筋滤网对桩身的侧向约束作用减弱,对承载力的提高作用减小,碎石桩体发挥主要作用;加筋滤网碎石桩(2～3)d(d为桩径)深度范围内桩体碎石密实度对单桩竖向承载力有显著影响,对由桩顶至3d深度范围内的碎石经3 000 kN·m能级强夯加固,单桩竖向承载力特征值较夯前提高约4.1倍;当竖向荷载P=200～250 kPa时,对于HP470型加筋滤网,在满足承载力和变形的要求下,可选择包裹长度6d为最小包裹长度。研究成果可为加筋滤网碎石桩优化设计提供依据。     

加筋土在挡墙工程中的应用

土工格栅加筋挡土墙工程利用土工格栅及模块与土体的结合,产生一个加筋复合结构,使其具有很高的抗压和抗拉性能,土工格栅筋材通过防止拉伸破坏,改善土体性能,将三者连成一个整体,即可承受上部的荷载,也能承受加筋区以外的回填土的侧压力,挡墙基础只需换填50 cm高碎石加两层双向土工格栅,大大降低了基础处理的所需的时间,降低了成本.对加筋土挡墙施工的优点进行合理分析,为加筋土应用提供有效的施工依据.     

废旧轮胎条与格栅加筋土剪切性能对比研究

废旧轮胎在岩土工程中加筋的应用,与土工合成材料加筋原理比较相似。通过大型土工合成材料直剪仪,对废旧轮胎条与双向格栅、三向格栅加筋土剪切性能进行对比研究。试验结果表明:三种筋材的界面摩擦系数比均小于1,其中废旧轮胎条的界面摩擦系数比达到0.98,与素土界面摩擦系数最接近;三种筋材的加筋效果均较为显著,抗剪强度明显增大;不同加筋土内摩擦角与素土内摩擦角接近,但黏聚力显著提高,废旧轮胎条、双向格栅及三向格栅加筋土黏聚力增幅分别为24%、36%和60%;三种筋材加筋效果系数均随垂压增大而减小,相对于双向、三向格栅而言,废旧轮胎条加筋效果系数对垂压变化不太敏感。因此,在垂压变化较大的情况下,废旧轮胎条用作筋材优势较大。     

土工格栅加筋包边填砂路堤模型试验研究

为探究包边填砂路堤荷载作用下的极限承载力特性、破坏形态规律及加筋性状,设计了土工格栅加筋包边填砂路堤结构,改装美国GCTS公司的USTX-2000动静三轴加载装置进行加载,通过改变加筋层数、筋材布置长度及包边土厚度对土工格栅包边填砂路堤进行一系列试验。对不同工况下包边填砂路堤的极限承载力、封层及坡面法向累积变形、位移变化进行研究。试验结果表明:土工格栅加筋和增加包边土厚度可以显著提高包边填砂路堤的极限承载力,并能减小封层中、封层右及坡顶、坡中的法向累积变形;无筋路堤的滑动面在路堤内呈折线状且并未通过坡脚侵入地基,在坡顶的黏土和砂芯交界处产生最大位移;土工格栅加筋及增加包边土厚度可以使滑动面向路堤内部迁移但形态不变,且最大位移处向路堤内部迁移。     

循环荷载作用下土工格栅剪切特性的颗粒流细观分析

以循环荷载作用下土工格栅与砂土的直剪室内试验结果为基础,对法向循环荷载作用下筋土直剪过程进行三维颗粒流模拟,开发CLUMP颗粒板替代顶墙施加法向循环荷载。与静载作用室内试验结果相对比,数值试验可以从宏细观角度分析土工格栅在直剪试验中筋土作用特性。研究结果表明:离散元PFC数值试验可以较好地再现筋土界面作用特性。相比静载作用情况,法向循环荷载使得试样上部区域和筋土界面区域颗粒位移明显增加,循环荷载峰值谷值交替出现,筋土界面区域孔隙率呈现波动变化,颗粒旋转明显,滑动比较大。随着土工格栅埋深的增加,法向循环荷载影响逐渐减弱,筋土界面剪应力峰值上升,循环荷载弱化了土工格栅的加筋作用。循环荷载作用下土工格栅与土颗粒的咬合力以及颗粒间的静摩擦阻力、滑动摩擦阻力与滚动摩擦阻力是形成土工格栅加筋作用的主要原因。     

土工格栅加筋土地基承载特性有限元分析

针对土工格栅加筋土结构,提出一种土与土工格栅筋材相互作用界面模拟的新思路.通过工程算例对加筋土地基的极限承载力进行了研究.分析了加筋深度、层数、间距等因素对加筋地基极限承载力的影响.     

加筋粉煤灰砂混合料大型三轴试验研究

为进一步研究粉煤灰砂混合料的性能,在不同固结和排水条件下对较优质量比例的粉煤灰砂混合料试样进行不加筋及复合加筋三轴试验。分析粉煤灰砂混合料试样在不同固结排水试验、不同筋材加筋和不同加筋层间距条件下的应力-应变性能。试验结果表明:在不固结不排水试验条件下,粉煤灰混合料抗剪性能最优;在加筋性能改善方面,轮胎加筋效果最佳,其次为三向土工格栅、双向土工格栅和格室加筋;随着加筋层间距减小,相应加筋效果系数增加,相应破坏时的主应力差值也不断增加,但加筋层间距不宜过小,20 cm时相应加筋性能较优。同时,随着围压增加,其破坏时的偏应力随之增加,相应的加筋效果会有所下降。上述结果揭示了加筋粉煤灰砂混合料三轴试验力学特性,可为粉煤灰砂混合料作为建筑回填材料和废弃物资源化应用提供理论依据。     

循环荷载作用下土工格栅剪切特性的颗粒流细观分析

以循环荷载作用下土工格栅与砂土的直剪室内试验结果为基础，对法向循环荷载作用下筋土直剪过程进行三维颗粒流模拟，开发CLUMP颗粒板替代顶墙施加法向循环荷载，并与静载作用结果相对比，分析筋土界面宏细观参数演化规律及其对应关系，深入探讨筋土剪切特性的宏细观机理。与室内试验只能宏观探讨筋土界面的力学性质相比，数值试验可以从宏细观角度分析土工格栅在直剪试验中筋土作用特性，研究结果表明：离散元PFC数值试验可以较好的再现筋土界面作用特性。相较静载作用情况，法向循环荷载使得试样上部区域和筋土界面区域颗粒位移明显增加，循环荷载峰值谷值交替出现，筋土界面区域孔隙率呈现波动变化，颗粒旋转明显，滑动比较大。随着土工格栅埋深的增加，法向循环荷载影响逐渐减弱，筋土界面剪应力峰值上升，循环荷载弱化了土工格栅的加筋作用。循环荷载作用下土工格栅与土颗粒的咬合力以及颗粒间的静摩擦阻力、滑动摩擦阻力、滚动摩擦阻力是形成土工格栅加筋作用的主要原因。     

加筋碎石桩加固砂土路堤边坡的试验研究

加筋碎石桩作为新型桩体被广泛用于路基加固领域,然而在路堤边坡加固或快速修复方面很少涉及。基于模型试验综合研究了加筋碎石桩桩位、桩长、桩的数量和加筋土工布类型等因素对其加固边坡效果的影响。试验结果表明:采用单根桩时,当加筋碎石桩距坡脚水平距离为0.6 H(H为坡高)和桩长为0.75 H时,其加固路堤边坡的效果最佳;相同宽度坡面时增加加筋碎石桩数量,可使边坡坡体极限承载力明显增加,而且当桩数相同时,采用抗拉强度高的土工布加筋碎石桩时边坡加固效果更加显著,且控制沉降效果更明显;对相同尺寸边坡,边坡极限荷载下加筋碎石桩变形后桩身与竖向的夹角随桩长增加而增大;坡面水平位移在坡顶和坡脚附近大,而坡面靠近加筋碎石桩桩顶附近的水平位移较小,表明加筋碎石桩可有效控制坡面上桩顶附近土体的水平变形。     

不同角度土工格栅加筋剪切特性的试验研究

研究土工合成材料与砂土之间的界面剪切特性的试验通常将土工合成材料水平放置在上下盒之间,但是在加筋体结构中,加筋土的潜在破坏面常常与加筋材料呈一定角度,因此探究加筋材料与剪切面成一定角度时的剪切界面特性有着十分重要的意义。为了探究土工格栅加筋角度对抗剪强度的影响,采用HM-5780大型直剪仪开展了一系列的土工格栅多角度加筋的直剪试验,对比了不加筋状态下的剪切特性,并结合了剪后土工格栅变形特点进行分析。试验表明,在60°加筋时,抗剪强度最大,筋材在剪切过程中主要呈受拉状态,120°和150°加筋时反而削弱了土体的抗剪强度,筋材主要呈受压状态。筋材布置角度越接近剪切过程中最大拉伸应变的方向,则其抗剪强度增加得越多。     

土工合成材料加筋土地基承载性能数值分析

对土工合成材料加筋地基进行了数值模拟, 旨在研究加筋材料布置方式对加筋地基承载性能的影响及其变化规律。在已有加筋土地基模型试验结果的基础上, 建立了加筋土地基数值模型, 针对不同的加筋材料布置方式, 进行有限元计算并对结果进行了系统分析。分析结果表明:①随首层筋材埋深的增大, 承载力提高系数先增大后减小, 存在峰值;②加筋土地基承载力提高系数随加筋层数的增加而增大, 但不宜超过3层;③承载力提高系数随加筋层间距的减小而增大, 但存在一个合理的布筋间距;④随加筋长度增加, 地基承载力提高而基础沉降减小, 但加筋长度增加不宜超过3倍基础宽度。所得出的结论是, 基础下存在一个合理的布筋范围, 超过此范围, 加筋对提高地基承载力作用不大。分析成果可为土工合成材料加筋土地基的工程应用提供借鉴。     

土工格栅加筋技术在青峰岭水库主坝加固工程中的应用

青峰岭水库主坝为宽心墙砂壳坝，存在着由于筑坝材料引起的坝体质量问题。在水库除险加固时，水库管理处进行了加筋土石坝坝壳料试验及坝体稳定性研究，对土石坝除险加固中的关键问题即筑坝材料的优化、土工格栅加筋率的合理选择、防渗综合措施等展开研究，对土工格栅工程的力学特性及坝体中土工格栅加筋设计的加筋率计算、加筋层数的确定、筋材长度等关键技术问题进行了详细研究，并得到试验应用，收到了较好的效果。     

南水北调中线南阳段加筋膨胀土三轴试验研究

以南水北调中线工程南阳段膨胀土为研究对象,选取高密度聚乙烯土工格栅为加筋材料,对不同围压下未加筋及不同加筋层数的膨胀土进行了三轴排水剪切试验。结果表明:无论素膨胀土还是加筋的膨胀土,其应力—应变曲线均呈应变硬化特征,整体形态符合双曲线关系;随着围压的增大,初始屈服应力、应变及破坏时的主应力差随之增大,但是加筋土破坏时的主应力差提高的幅度减小;加筋使膨胀土的峰值应力、内摩擦角和黏聚力都有较为明显的提高;加筋效果系数评价表明,加筋比不加筋效果要好,其中低围压下的加筋效果较明显,随着围压的增大,加筋效果越来越不明显;加筋后土体的固结排水量增大,其原因是土工格栅在一定程度上具有排水通道作用。     

端夯扩碎石桩复合地基现场试验研究

结合南水北调工程SG14标的端夯扩碎石桩施工,根据现场静载、静力触探和动力触探试验以及室内土工试验对端夯扩碎石桩复合地基的桩土应力比、承载力以及桩间土的挤密效果进行了分析。试验表明:带有桩端扩大头的夯扩碎石桩的桩土应力比一般碎石桩大,试验所得桩土应力比一般在[4.2,7.4]之间;桩土应力比值随荷载的增加呈现先增后减,并逐渐趋于稳定,桩土应力比值随桩长的增大而增大;夯扩碎石桩复合地基的沉降曲线(P-S曲线)呈渐变型,没有明显的拐点或变化点出现;单桩复合地基承载力随着桩长的增大,承载力也逐渐增大;夯扩碎石桩施工能有效提高桩间土的强度,同时,对改善地基的不均匀沉降也有很好的效果。