土工格栅-砂土界面特性的拉拔试验研究

为研究筋-土界面摩擦特性,借助双向格栅与砂土的中型拉拔试验,研究界面正应力、横肋百分比、格栅宽度和拉拔速率对筋-土界面作用机理和格栅横肋受力的影响.研究结果表明,随着界面正应力的增加,筋材抗拔能力显著增强,单宽拉拔力达到格栅极限抗拉强度时拉拔位移变小;由于砂土对格栅的挤压作用,格栅横肋分布越均匀越有利于筋材受力,界面摩擦力占总拉拔力的比值随横肋百分比的增加而减少,相同拉拔位移下较窄格栅拉拔力略小于较宽格栅;格栅纵向应变沿长度方向先增后减,应变峰值位置随着拉拔力的增加逐渐远离加载端,表明拉拔过程中格栅的受力具有传递性和不均匀性,且最大值受筋材拉拔变形的影响逐渐向筋材中部移动.     

建筑垃圾填料与土工合成材料加筋剪切性能研究

针对不同掺量建筑垃圾废弃混凝土与砂土混合作为路基填料,通过大型土工合成材料直剪仪,对不同掺量混合土以及铺设三向土工格栅、土工格室筋材后的加筋体分别进行剪切性能分析.试验结果表明:只掺入建筑垃圾填料时,其掺量为40%或60%能有效提高抗剪强度,其抗剪强度最高可达纯砂的1.5倍;根据界面剪切强度系数得出掺入过多或者过少建筑垃圾填料都会削弱整体抗剪性能;掺入一定的建筑垃圾填料再与土工合成材料进行复合加筋,总体而言土工格室复合加筋效果优于三向土工格栅,并且当建筑垃圾填料掺量为60%时,与土工格室进行复合加筋,其抗剪强度是纯砂的1.6倍,抗剪性能较优.     

剑麻纤维/砂土复合材料三轴剪切强度特性

为改善砂土的抗剪强度特性,针对剑麻纤维加筋砂土复合材料,通过一系列不固结不排水三轴试验,对不同纤维掺量、纤维长度和砂土干密度条件下剑麻纤维/砂土复合材料的剪切强度特性进行深入研究,并对剑麻纤维加筋机制进行分析。试验结果表明：复合材料中纤维相对含量改变时,初始刚度变化不大;适量的纤维掺量和纤维长度可以在砂体内形成三维网状结构,对比未加筋试样黏聚力显著提高,表明纤维加筋可有效提高砂土的抗剪强度;由于密度增加使得剪切过程中纤维与砂颗粒间的咬合和滑动摩擦力增加使复合材料抗剪强度显著提高;围压增加纤维与砂土界面有效接触面积导致砂土抗剪强度与峰值偏应力明显增强。采用剑麻纤维加筋砂土可增强砂土间界面作用力,明显改善砂土抗剪强度特性。     

基于TDA填料的废旧轮胎条带加筋砂土边坡承载特性

基于废旧轮胎良好的抗拉伸、耐老化及界面粗糙等特性,将废旧轮胎切割成条形成加筋条带,并以轮胎衍生集料作为回填材料,形成复合加筋边坡。结合粒子图像测速技术进行模型试验研究,建立数值模型研究不同加筋条件下的边坡力学响应。探讨轮胎条带层数、加筋位置、废旧轮胎集料(tire-derived aggregate, TDA)复合土加筋层厚度与荷载作用位置对边坡承载力的影响,得到加筋效果随加筋布置方式的变化趋势。结果表明,轮胎条带和TDA复合砂土均可起到良好的加筋效果,且复合加筋边坡承载力相比无加筋提高2倍左右。研究结果证实了采用轮胎条带-TDA复合加筋边坡的可行性,为进一步进行废旧轮胎在道路工程中的循环利用研究工作和工程应用提供了基础。     

土工格栅与粗粒土界面特性的大型直剪试验研究

为分析粗粒土与土工格栅复杂界面作用特性,通过设计改良后的可视化大型直剪设备,采用双向土工格栅为加筋材料,对素粗粒土和加筋粗粒土直剪试验进行界面研究.分别考虑法向压力、粗粒土中的粗粒含量P5等多因素的变化对筋土界面的性质影响.利用高清数码相机对试验剪切过程进行跟踪采集,研究素粗粒土和加筋粗粒土直剪试验过程中剪切面位移场变化规律.结果表明:加筋粗粒土比素粗粒土的内聚力有所增加,内摩擦角有所降低,加筋粗粒土直剪界面区域土体颗粒位移最大值小于素粗粒土的位移最大值,但加筋土界面厚度大于素粗粒土界面厚度.土工格栅对土颗粒的嵌锁作用限制了土颗粒的剪切移动,增强了土体的稳定性,从而提高了土体的抗剪强度.     

拉拔速率对土工格栅-砾性土界面摩擦特性的影响分析

为研究土工格栅与砾性土的界面特性,通过室内拉拔试验研究了拉拔速率、法向应力对界面参数的影响,分析了拉拔力峰值、界面摩擦参数及界面摩擦系数比的变化规律.试验结果表明:不同拉拔速率下的拉拔力与拉拔位移曲线均呈现出应变软化特征,且随着拉拔速率的增大,相同法向应力下拉拔力峰值对应的拉拔位移基本相同;随着法向应力的增大,相同拉拔速率下拉拔力峰值对应的拉拔位移逐渐增大;土工格栅-砾性土界面的似摩擦角在拉拔速率(v≤0.9 mm/min)下变化较小,随着拉拔速率的进一步增加,界面的似摩擦角略有提升,且随着拉拔速率的增加,存在一个临界拉拔速率(v=0.9 mm/min),此时土工格栅-砾性土界面的似黏聚力达到最大,为最小界面似黏聚力的1.9倍左右;界面摩擦系数比K随着拉拔速率的增加呈现出先增后减的趋势,拉拔速率在0.3～4.5 mm/min时,K的变化范围为1.29～1.58;从偏安全角度考虑,实际加筋土工程设计中应选择低速率试验工况下的界面摩擦系数比.     

土工格栅 黏性土界面特性的拉拔试验分析

筋-土界面特性是影响加筋土结构性能的重要因素之一,利用中型拉拔模型试验分析了界面正应力和黏性土含水量对格栅黏性土界面相互作用特性的影响,试验结果表明黏性土含水量对格栅极限抗拔力、界面黏聚力和摩擦系数影响明显.不同界面正应力下格栅极限抗拔力在含水量较小时差别显著,随着黏性土含水量增加,格栅极限抗拔力和界面摩擦系数呈现减少趋势,而筋-土界面间黏聚力先增大后减小,且当含水量达到塑限含水量时,三者均趋于稳定.格栅抗拔力-位移曲线均经历线性和非线性增加以及拉拔极限阶段,并随含水量增加,抗拔力-位移曲线由线性增长向极限状态发展的中间阶段逐渐缩短.在拉拔最大载荷下持续一段时间后卸载,发现格栅的横肋应变有增大的趋势,而纵肋应变呈现减小的趋势.     

填料级配对筋土界面特性的影响

不同填料级配对筋土界面特性的影响直接关系到工程的稳定性.通过室内大型直剪试验,研究了颗粒级配、密实度、筋材种类等对于界面强度的影响,深入了解筋土界面抗剪强度以及界面剪胀特性.试验结果表明,粗颗粒和细颗粒土分别与筋材的界面强度要明显大于级配较好的标准砂与筋材的界面强度.密实砂土界面强度具有类似混凝土材料强度高韧性低脆性破坏的特性.对于土工格栅,粗颗粒砂粒由于粒径较大达到峰值强度需要较大的剪切位移.     

柔性加筋土复合体力学性能试验

为了研究柔性加筋土复合体的基本力学特性,分别对无纺土工布加筋砂、土工格栅加筋砂、"土工布+纤维"综合加筋砂和"土工格栅+纤维"综合加筋砂制作的多组试样完成了一系列组合工况下的无侧限抗压试验.得到以下主要结论:1)土工布的强度和加筋层间距应与砂的密度相匹配,此时,两者协同工作性最好,加筋砂土极限强度高,破坏应变大;2)相同情况下,"土工布+纤维"综合加筋砂的强度比土工布加筋砂的高,但当砂的密度和加筋层间距都较小时,强度提高不显著;3)应变较大时,土工格栅加筋砂的强度明显低于土工布加筋砂的强度,这可能是格栅与砂土的刚度差异过大以致格栅-土界面产生了相对滑动所致;4)纤维的掺入既提高了"土工格栅+纤维"综合加筋砂的强度,又提高了其承受大变形的能力.     

颗粒形状对粗粒土-格栅界面剪切特性的影响

为研究颗粒形状对粗粒土-格栅界面剪切行为的影响,选择碎石和具有相同粒径分布的玻璃珠作为试验材料,利用动态直剪仪对碎石-格栅和玻璃珠-格栅界面进行一系列单调直剪试验、循环剪切试验和循环后单调直剪试验,分析竖向应力分别为30、60、90 kPa下加筋碎石和加筋玻璃珠界面的单调直剪特性;研究在位移幅值分别为1、3、6、9、12、15 mm的循环加载作用下两种加筋界面的循环剪切特性,并对比分析了循环剪切前、后两种加筋界面单调剪切特性的异同点。结果表明：单调直剪试验中,3种竖向应力下碎石-格栅界面的抗剪强度和最大剪胀量均大于玻璃珠-格栅界面的相应值。循环剪切试验中,在不同剪切幅值的循环加载作用下,碎石-格栅和玻璃珠-格栅界面的循环剪切行为存在差异。循环后单调直剪试验中,碎石-格栅界面循环后的界面抗剪强度较未经受循环加载的界面有所提高,幅值为15 mm的界面除外;所有幅值下玻璃珠-格栅界面循环后的抗剪强度均发生退化。     

土工格栅复合夯实水泥土桩-土界面接触特性分析

针对桩-土接触面的摩擦特性,在夯实水泥土桩-土界面中设置土工格栅,以增强夯实水泥土桩-土的相互作用。采用三维数值软件模拟直接剪切试验和静载试验,对土工格栅复合夯实水泥土桩-土界面接触特性进行分析,研究土工格栅复合夯实水泥土桩-土接触面的应力、变形和强度的变化规律。结果表明:土工格栅复合夯实水泥土桩-土接触界面的摩阻力峰值有所增加,达到峰值后,摩阻力曲线下降速率缓慢;静载试验中,在夯实水泥土桩表面复合土工格栅后,对应的基础沉降比普通夯实水泥土桩复合地基的沉降小,且夯实水泥桩的轴向压缩变形也小。     

颗粒粒径对立体格栅网-砂界面剪切特性影响

立体格栅网在传统平面格栅基础上增强了横肋与土体的侧阻力作用，有助于提高加筋土结构中筋土界面相互作用。为了研究网孔尺寸和颗粒粒径对立体格栅网-石英砂界面剪切特性的影响，通过3D打印技术制作不同网孔尺寸的立体格栅网，进行一系列单调直剪试验。试验分析了颗粒粒径、竖向应力和格栅网孔开口率变化时界面的摩擦角、剪胀角以及剪切强度系数的变化规律；在试验基础上，建立了界面剪胀系数模型，定量分析了颗粒平均粒径和格栅网孔开口率对立体格栅网-砂界面剪胀特性的影响。结果表明：颗粒粒径对立体格栅网-砂界面的似黏聚力影响更明显，对摩擦角的影响较小；界面最大剪胀角随竖向应力的增加而逐渐降低；颗粒粒径较大、格栅网孔开口率较小时，界面的剪胀性更强；剪切强度系数随粒径的增大而增加，表明立体格栅网与粒径较大的填料之间具有更好的互锁作用。     

土工格栅-玻璃砂界面细观特性离散元研究

为分析剪切带的形成机制和演化机理,明确拉拔试验中筋土界面参数的宏细观联系,基于离散元数值方法,使用PFC2D软件模拟土工格栅加筋玻璃砂的拉拔试验,并与物理拉拔试验结果进行对比分析.在数值试验中采用分段函数重现格栅非线性应力-应变关系,根据玻璃砂颗粒位移值确定剪切带的平均厚度,重点分析剪切带内接触力链、颗粒位移、颗粒旋转等因素以及大主应力方向与细观组构参数的联系.结果表明,在格栅拉拔位移较小时,离散元数值方法能较好地分析玻璃砂与土工格栅界面之间的力学行为,试样宏观的体积剪胀主要受剪切带内颗粒的运动控制;通过PFC2D程序采用FISH语言开发的颗粒旋转颜色显示程序,显示格栅上下界面砂颗粒出现不同的旋转方式,颗粒位移和旋转形成了一个呈"锯齿"分布的剪切区,揭示颗粒位移和颗粒旋转是剪切带演化的重要特征;接触力的分布及其各向异性演化决定了试样宏观的力学性质和剪切带基本形状;整个拉拔阶段,剪切带内大主应力方向的偏转与接触力各向异性主方向的偏转呈相近趋势.     

加筋土挡墙的试验研究

通过对土工格栅的一系列试验,给出了确定格栅抗拉特性的简易而实用的试验方法,得到格栅的抗拔力与格栅类型、铺设长度、填土的物理性质有密切关系,模型试验表明,加筋土挡墙的变形和破坏面与采用的加筋材料的刚度有关。     

高压力下界面抗剪强度的试验研究

在 DRS- 1型微机高压直残剪试验系统上进行了建筑砂、标准砂、粉砂和粘土与混凝土界面、金属光滑界面、金属粗糙界面的正交直接剪切试验 .研究结果表明 :在高压力作用下 ,由于颗粒破碎的原因 ,界面的剪切应力 -剪切位移曲线呈现出应变硬化特征 ,与低压力作用下土与不同结构界面的软化剪切特性存在明显差别 .试验数据的正交误差分析和直观分析揭示 ,界面的剪切峰值强度、残余强度与法向压力均呈现线性关系 ,峰值强度、残余强度受法向压力的影响最大 ,其次为土体性质 ,剪切速率和基底粗糙度的影响较小     

Experimental study on performance of multidirectional geogrid and its application in engineering of high slope

By analyzing the grille mechanical property, tensile strength and creep tests, and the fi eld tests, we investigated the characteristics and the reinforcement principle of multidirectional geogrid, and obtained the effect factors of grid characteristics, load and time curve and the shear stress of grille and sand interface. The reinforcement effect of geogrid in combination of typical project cases was illustrated and the following conclusions were presented. Firstly, multidirectional geogrid has ability to resist structural deformation, node distortion or soil slippage under stress, and can effectively disperse load. Secondly, with the increase of tensile rate, grille intensity increases and the creep value also increases with the increase of load. Thirdly, the frictional resistance balance between horizontal thrust of damaged zone and reinforced soil in stable region can avoid slope failure due to excessive lateral deformation. Fourthly, the multidirectional geogrid is able to withstand the vertical, horizontal and diagonal forces by combing them well with three-dimensional orientation, realizing the purpose of preventing soil erosion and slope reinforcement, which has a wide range of application and development in engineering fi eld.     

高应力下砂土与结构界面单剪试验研究

利用改装自RMT-150B试验系统的单剪试验仪进行饱和砂土与结构界面单剪试验,研究高应力条件下界面本构模型及界面剪切刚度变化趋势,为高应力状态下涉及到界面力学问题的工程设计、计算提供理论依据。试验中,首先对剪切盒中的砂土进行固结,然后法向应力恒定在高应力水平上开始界面剪切,并记录试验数据,剪切时保证砂土能相对自由的变形。试验结果表明：高应力下界面剪应力剪切位移关系曲线呈现非线性弹性一理想塑性特征,不同于直剪试验条件下二者呈现的双曲线关系;三参数威布尔分布曲线能克服NEPP模型中双曲线的缺陷,其取代双曲线形成新的非线性弹性理想塑性模型能更好地拟合试验数据。界面初始剪切刚度的回归结果表明,相对于幂函数,线性函数更适合描述界面初始剪切刚度同法向应力之间的关系。基于新的界面模型给出了界面切线剪切刚度的公式,同时比较了2种模型的界面切线剪切刚度随剪切位移的变化趋势。     

废弃橡胶轮胎-砂土复合体的承载试验研究

为探索地基加固新方法，解决废弃橡胶轮胎堆放引起的环境问题，提出了一种废弃橡胶轮胎环箍散体材料的新型复合地基。通过橡胶轮胎条拉伸试验，得到废弃橡胶轮胎的弹性模量；通过废弃橡胶轮胎-砂土复合体轴压试验，分析加载制度和侧限条件对地基承载力的影响规律、轮胎内壁的应力分布规律及复合体内部土应力变化规律。结果表明：与快、慢速加载制度相比，单向往复加卸载时，复合体的承载性能和自恢复能力最优；有侧限条件下复合体的承载性能较好，但侧限条件对复合体的自恢复能力没有影响；在有、无侧限条件下，轮胎内壁的应力分布规律存在较大差异；同一径向平面上，距复合体中心处越近，受橡胶轮胎环箍效应的影响越小，土应力值越大。     

考虑软土软化特性的软基加筋道路动力响应

为了研究交通荷载作用下考虑软土软化效应的低路堤软基加筋道路的动力响应问题,以室内动三轴试验为基础,研究了循环荷载作用下初始偏应力以及荷载作用次数对软土刚度软化的影响,通过回归分析得到了软土在循环荷载作用下刚度软化的经验公式;然后编制了用户子程序将经验公式导入有限元分析软件ABAQUS中,采用ABAQUS对软基加筋与不加筋道路在交通荷载作用下的动力特性进行对比分析.结果表明,软土的软化特性对软基加筋道路的动力响应有重要影响.同时,加筋可以提高道路的整体强度,使土体应力均化,约束土体的水平变形,减少道路的整体沉降,并降低道路的不均匀沉降.