加筋挡土墙长期工作性能的黏弹塑性有限元分析

随着工程上的广泛应用，作为设计中的关键技术问题之一，土工合成材料加筋挡土墙长期工作性能的合理评价日益得到重视，对此必须考虑加筋材料的非线性蠕变效应。对于加筋挡土墙，采用黏弹塑性流变模型和黏弹性本构模型分别考虑填土与土工合成材料的非线性蠕变性，合理考虑筋材与填土、填土与面板及面板之间的相互作用效应，同时在计算中反映逐层填筑过程，采用增量一初应变迭代法，对土工合成材料加筋挡土墙结构的工作性能评价发展了二维有限元数值分析方法。基于Denver黏性土试验挡土墙的试验结果确定计算参数，利用所建议的分析方法对Denver黏性土试验挡土墙进行了数值计算与分析，通过与实测结果及与常规方法的对比分析，论证了所建议的有限元数值分析方法的合理性及其可靠性。     

粗粒土颗粒接触力学特性及细观接触模型研究

将石灰岩粗粒土颗粒之间的接触形式简化为点–面接触,通过颗粒接触试验研究粗粒土的粒间法向、切向接触力学特性,并归纳出粗颗粒细观接触模型的具体形式。利用该细观模型,对粗粒土大型直剪试验进行离散元(PFC)数值模拟,通过数值计算结果与试验实测数据进行对比,验证粒间接触模型及细观参数的适用性。最后,对粗粒土颗粒接触特性及其接触模型的进一步深入研究进行分析和讨论。研究结果显示,实测的粒间接触力与接触位移关系曲线可以利用指数小于1的幂函数进行拟合;同时,为了对切向接触刚度进行统一的衡量,定义切向位移为5 mm时的切向力为切向接触强度(切向力有峰值时取峰值切向力)。对比大直剪试验的实测与计算结果发现,粒径较大(2~5,1~2 cm)时计算误差非常小;但对于含有更细小颗粒的级配试样,计算误差偏高。在细观尺度内,颗粒粒径在何种范围内会表现出与大颗粒不同的接触性质,有待借助更精细设备进一步探究。     

长期荷载作用下土工格栅蠕变特性的试验研究

为探讨长期荷载作用下土工格栅的蠕变特性,在不同的外加荷载和环境温度的各种组合条件下,进行土工格栅的室内蠕变试验,以此获得格栅的蠕变关系曲线、载荷-应变等时曲线及拉伸模量的变化特征,并进行综合对比分析。根据试验与分析发现:荷载水平、环境温度和材料生产工艺是影响土工格栅长期蠕变特性的重要因素。进而,采用时温叠加原理,对于某一给定环境温度下确定土工格栅长期强度的经验估算模式和蠕变强度折减系数。试验结果与理论分析为土工格栅加筋结构长期工作性能的分析与评价提供参考依据。     

土工格栅加筋挡土墙工作性能的非线性有限元数值分析

针对土工格栅加筋挡土墙发展了有限元数值分析方法,依此对某一足尺试验墙进行具体的有限元数值计算,将计算结果与试验实测结果进行了对比分析,验证了加筋挡土墙结构应力与变形有限元分析的可靠性,进而通过变动填土的强度特性和刚度特性以及加筋的刚度、长度和间距等参数,进行了数值计算,通过对比分析探讨了填土及加筋对土工格栅加筋挡土墙工作性能的影响程度,为加筋挡土墙的设计提供了参考依据。     

静载作用下土工格栅加筋防护埋地管道力学性能的实验研究

 针对土工格栅加筋防护埋地管道开展了静力载荷实验,研究管周填土相对密实度(Dr)、管道埋深(H)、筋材长度(L)和层数(n),以及首层筋材埋深(u)等对埋地管道防护性能的影响。实验结果表明：首层筋材最佳埋深为0.4B(加载板宽),筋材最佳铺设长度为4D(管道外径),筋材层数以3～4层为宜;同等条件下随着Dr持续增加,管道极限承载力增加,加载板沉降相应减少,且二者变化率明显降低,表明管周土相对松散时加筋效果愈加明显;同等条件下管道水平和竖向径向变形均随地表载荷增加而增加,且竖直径向比水平径向变形略大,通过增加筋材层数能显著提高土体刚度,能有效地分散管道上方载荷,为管道提供减载保护;管道外壁监测点环向应变值位于－1.5%～1.0%之间,顶部以压缩变形为主,其两侧45°处为压缩和拉伸变形过渡区,而水平径向以拉伸变形为主;随着Dr增加,管周环向应变减小,且应变的对称性愈加显著,表明因Dr增加引起土体自身刚度增加,能有效地限制管道移动及变形。     

注浆微型钢管桩轴向承载特性试验与理论计算分析

目前注浆微型钢管桩在桩基工程中应用较少，对其承载与变形性能的研究相对单一，缺乏对钢管受力特点的研究，基于室内21根注浆微型钢管桩试验，综合考虑钢管直径d和壁厚t、桩长H、浆体水灰比、钢管表面布孔直径r和间距s、钢管直径与桩径之比d/D等因素对微型钢管桩轴向承载、变形和破坏模式的影响。试验结果表明：当0.28≤d/D<0.40时，外包浆破损与钢管屈服同时发生，轴向荷载主要由外包浆承担；当0.50≤d/D≤0.72微型钢管桩延性特征明显，承载力主要由钢管和核心水泥浆承担，极限荷载近似呈线性增加；微型钢管桩以钢管屈服变形为破坏标准；长细比H/D≥4时，浆液配合比为0.45时，桩身整体性最佳；钢管表面注浆孔的排布方式影响最小；提出一种可分析钢管在内外压作用下的理论方法。试验结果和理论分析将为微型钢管桩设计与施工提供有益指导。     

注浆微型钢管桩体抗弯力学性能

基于15根注浆微型钢管桩体的抗弯荷载试验,综合分析钢管直径d和壁厚t、浆体水灰比W、钢管表面布孔直径r和间距s等因素对注浆微型钢管桩体抗弯承载特性、变形和破坏特点的影响。结果表明:相同桩径时,钢管直径和壁厚对微型钢管桩体抗弯承载特性影响显著,桩体极限抗弯荷载值随钢管直径和壁厚的增加近似呈线性增加; 当0.59≤d/D≤0.72(D为桩径),浆体水灰比在0.45～0.75之间时对桩体极限抗弯荷载的影响较小,钢管表面布孔形式对桩体极限抗弯荷载的影响较小; 基于注浆微型钢管桩外包浆体和钢管的荷载-应变曲线分析可知,注浆微型钢管桩体抗弯破坏标准可以以外包浆体的破坏为准; 当0.28≤d/D<0.59时,钢管屈服和受压区外包浆体开裂所对应的抗弯荷载与极限抗弯荷载基本相同,而当0.59≤d/D≤0.72时,荷载加至极限抗弯荷载80%时钢管屈服,注浆微型钢管桩体呈现出明显的延性特征,钢管及内核注浆体自身强度发挥充分且抗弯承载作用明显,建议实践中微型钢管桩体钢管设计时以0.59≤d/D≤0.72为宜。     

静/动载作用下埋地管道力学性能的试验分析

针对埋地管道开展了静载和循环荷载试验,综合分析了荷载类型、加载角度、管道外径和管道材质等因素对管道力学与变形性能以及管周土压力分布规律的影响。结果表明:静载作用下,管周土中垂直土压力大小与加载位置关系密切,水平土压力受“土拱效应”影响显著;管道呈现水平向外鼓胀、垂直径向压缩的椭圆状变形,且承压板荷载越大,管道变形越严重,同时管顶“土拱效应”越显著。循环荷载对埋地管道上方土层的沉降影响明显大于静载;改变承压板角度时效果差异明显,当加载范围关于管道轴线对称时埋地管道所受影响显著。对比不同外径和材质的埋地管道,发现当厚径比相同时,管径越大,壁厚越大,弹性模量也越大,管道的抗变形性能也就越好;公称压力相同时,聚丙烯管道抗变形能力强于外径相等的高密度聚乙烯管道。     

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。