土工袋柔性挡墙位移模式及土压力研究

用土工袋构筑而成的挡土墙具有一定的柔性, 在墙后土压力作用下,墙体能够发生一定的变形, 墙后土压力分布及大小与刚性挡土墙大不相同。设计并进行了土工袋柔性挡土墙模型试验,通过试验观测了墙体的位移模式和墙后填土的破坏模式,研究了土压力沿墙体高度方向及墙体水平方向的分布;运用水平微分单元法推导了主动平衡状态下土工袋柔性挡土墙土压力的计算公式,土压力理论计算值与模型试验实测值基本吻合;进行了模型试验用土工袋层间摩擦试验,建立了土压力与土工袋层间摩擦力的平衡关系式,分析了土压力沿土工袋墙体水平方向的传递规律。     

土工模袋砂界面摩擦特性试验研究

土工模袋砂界面特性指标对于各类模袋砂工程的设计至关重要。笔者开展了砂与土工模袋、土工模袋之间界面摩擦特性直剪试验;通过自制试验装置进行了模袋砂间界面摩擦试验,探讨了充填度对模袋砂间界面特性的影响;把试验结果用于典型工程实例变形和稳定性分析,并通过数值计算验证。研究结果表明:模袋与砂界面剪应力-位移关系表现出明显的非线性特征,剪应力峰值及其对应的位移随竖向压力的增大而增大,界面关系服从摩尔-库伦强度理论;砂与模袋间的摩擦角为30.3°,摩擦系数为0.58,黏聚力是3.1 kPa。土工模袋间界面关系也服从摩尔-库伦强度理论,摩擦角为21.3°,摩擦系数是0.39,黏聚力为1.29 kPa。模袋砂之间的摩擦特性指标则因充填度而异,受充填度影响显著,表现为充填度增大,摩擦角变大而粘聚力减小,抗剪强度增大,且竖向压力越大影响越明显。基于试验结果明确了洲头咀沉管隧道模袋砂围堰位移突变的原因及其稳定性,提出了设计控制指标;通过数值计算表明,基于界面摩擦试验结果分析所得结论合理。     

袋装淤泥质土挡墙现场试验研究

在平原地区航道建设过程中,航道开挖会产生大量的淤泥质土,将开挖的淤泥质土装入土工袋用于修筑引航道挡墙,能够有效解决开挖淤泥处理的问题。结合苏州杨林塘航道整治工程,利用航道开挖的淤泥质土,通过室内无侧限压缩与固结试验研究了土工袋处理淤泥质土的作用原理;对100 m长的袋装淤泥质土挡墙试验段开展了现场试验,实测了挡墙施工过程中与竣工后的水平位移、侧向土压力及表面沉降。结果表明土工袋能够加速袋内土体固结,增大袋内土体强度;竣工7个月后实测墙体最大水平位移为29.42 mm,发生在挡墙顶部,墙顶面沉降位移为19.2 cm,基本达到稳定;由于土工袋层间摩擦作用,土工袋挡墙墙后土压力从墙内向墙外会逐渐减小;与常规重力式混凝土挡墙相比,所设计的袋装淤泥质土挡墙能够有效降低工程造价。     

模袋砂循环剪切试验有限元模拟

前人采用拟静力法通过对土工模袋进行循环剪切试验,探究其减振消能特性。但是关于土工模袋减振消能数值模拟的研究还相对较少,本文运用Abaqus有限元软件建立三维有限元模型,采用动态约束法模拟袋内土体与袋子接触,模拟了土工模袋循环剪切试验,模拟得到的水平力与水平位移滞回圈与前人试验结果基本吻合。随着袋子——土体摩擦系数的增大,模袋摩擦耗能逐渐减小,非弹性耗能逐渐增大。     

错缝堆叠土工袋层间界面的循环剪切特性试验研究

土工袋层间界面的循环剪切特性对其结构动力稳定性有着重要影响。为了研究错缝堆叠土工袋层间界面的循环剪切特性及循环剪切作用对其层间剪切强度的影响,采用大型室内循环剪切试验仪,对错缝堆叠土工袋进行一系列单调直剪试验和循环剪切试验。探究循环剪切次数、竖向应力、剪切位移幅值等因素对错缝堆叠土工袋层间动力变形特性及抗剪强度的影响。结果表明:土工袋层间界面的剪切破坏规律在循环剪切前后均基本符合莫尔–库仑破坏准则,并且在经过循环剪切作用后其层间抗剪强度有所增强;在低压应力范围内,错缝堆叠土工袋层间界面阻尼比随剪切位移幅值的增大而增大,而与循环次数和竖向应力基本无关;错缝堆叠土工袋层间可以形成良好的嵌固作用,使得其在循环剪切过程中表现出与层叠橡胶支座相类似的可恢复性。     

土工格栅加筋土直剪摩擦试验研究

通过直剪摩擦试验方法,对不同含水量的土工格栅粉煤灰加筋土和土工格栅二灰加筋土进行试验,得到不同填料土工格栅加筋土在不同法向应力作用下的抗剪强度,由此得到土工格栅加筋土界面相互作用特性指标:似摩擦系数和界面摩擦角.试验结果表明:土工格栅粉煤灰加筋土试验,当含水量由10%增大到18%时,随着含水量的增大,土工格栅粉煤灰加筋土的似摩擦系数和界面摩擦角逐渐增大,当含水量由18%增大到25%时,土工格栅粉煤灰加筋土的似摩擦系数和界面摩擦角逐渐减小;当含水量由25%增大到36.4%时,似摩擦系数和界面摩擦角逐渐增大,而且增加幅度明显提高.通过击实试验得到土工格栅二灰加筋土的最优含水量,并对土工格栅最优含水量二灰加筋土进行试验,得到的似摩擦系数和界面摩擦角均大于土工格栅粉煤灰加筋土指标.     

土工格栅返包土工袋加筋土挡墙的地震响应分析及设计建议

为了研究土工袋加筋土挡墙在地震作用下的抗震性能,开展了大型的振动台模型试验。结果表明：随着加载的持续进行,挡墙模型的自振频率降低,阻尼比增加;PGA放大系数随输入地震动峰值加速度的增大而减小,墙高对PGA放大系数的影响反倒不大。土工袋加筋土挡墙的峰值动土压力呈现“中间小,两头大”的分布规律,且墙高越高,输入地震动峰值加速度越大,峰值动土压力越大,而不同地震波形的频谱差异对土压力量值和分布的影响较小。通过数值模拟研究了坡度对土工袋加筋土挡墙力学特性的影响,认为土工袋加筋土挡墙墙后侧向土压力和筋材的拉应力随着墙体坡度的增大而增大,当墙体坡度小于1∶0.75时,侧向土压力较小;当墙体坡度大于1∶0.75时,墙后土压力迅速增加,土压力的分布图式类似呈三角形分布。筋材的拉应力沿长度方向呈单峰型分布,各层筋材的拉应力随上覆填土厚度的增加而增大,但增加的幅度逐渐减小。另外,土工袋加筋土挡墙的剪应变增量、活动区范围以及位移均随墙体坡度的增大而增大。     

土工模袋砂单轴抗压强度试验研究

对不同填充度下的土工模袋砂进行了单轴压缩试验,得到其应力–应变关系曲线、相应的极限强度值,探讨土工模袋砂在单轴压缩条件下的破坏模式,研究表明,模袋砂抗压强度随其填充度的增大而减小,填充度选择在80%~85%范围是比较合理的;模袋砂的单轴极限抗压强度远大于砂的破坏值,在填充度接近100%时其值约为1 MPa,对应的模袋砂极限堆载高度约为50 m。随着填充度的减小,模袋砂的竖向抗压强度明显增大,且应力–应变关系曲线随填充度不同而不同。     

永磁摩擦耗能装置结构体系被动控制试验研究

在已有无能源磁摩擦控制装置性能试验的基础上,根据14五层钢框架模型结构设计制作了永磁摩擦耗能装置。普通摩擦耗能装置出力不可变,而永磁耗能装置的出力为连续可变型。不仅可以实现控制力随结构层间位移改变而增大或减小两种出力模型,而且根据装置初始位置的不同可以改变初始控制力的大小。分别将装置安装在底层柔性结构模型和普通结构模型上进行了地震模拟振动台试验。试验结果表明,永磁摩擦耗能装置用于结构被动控制具有良好的可靠性和适应性,是一种新型、有效的摩擦耗能装置。     

土工管袋充填特性模型试验研究

为了更为深入的研究土工织物管袋的充填特性,通过开展室内土工管袋模型充填试验,对其形状、高度、所受张力、底部压力和排水速度进行研究,试验数据可为理论研究提供验证基础。由试验结果可知：土工袋高度随着充填的进行迅速增加,其它参数如土工织物所受张力、袋体底部压力和排水速度随之增加,到一定程度后袋体排水速度接近充填速度,袋体高度增加的速度明显减小,充填袋所能达到的高度由充填压力和土工织物的渗透性决定,在选定合适的土工织物后,可用充填速度来控制袋体高度;充填管袋排水主要发生在充填过程中和充填完成后的几分钟内;土工管袋横断面呈椭圆弧状,可按平面应变问题处理。     

Experimental study on vibration reduction by using soilbags

The effectiveness of soilbags in reducing mechanical vibration is investigated, and the influential factors are examined through a series of laboratory tests, including cyclic lateral shear tests, vertical excitation tests and small shaking table tests as well as a soilbag-filled trench field test. The test results illustrate that soilbags have a relatively high damping ratio and variable horizontal stiffness, which are greatly influenced by the materials inside the bags at low vertical stress but become nearly independent of the materials inside the bags at high vertical stress. We find that vertical and horizontal vibrations can be effectively reduced through the use of soilbags.     

Field study of a retaining wall constructed with clay-filled soilbags

This paper presents a field study of constructing retaining walls using soilbags that are formed by filling the excavated clayey soils into woven bags (geosynthetics). The strength and deformation of the soilbags filled with clayey soils were studied via laboratory tests. A 100?m testing retaining wall was constructed with soilbags in a waterway project. The lateral deformation, the lateral pressures and the surface settlements of the testing retaining wall were monitored during construction and after 7 months operation. The results show that the soilbags can increase the strength of clayey soils. After 7 months of the completion, the lateral deformation and the surface settlement of the testing retaining wall tend to be stable with the maximum values of 29.4?cm and 19.2?cm, respectively. The lateral earth pressure on the front retaining structure could be positively reduced owing to the interlayer's friction of soilbags. Compared to the conventional gravity concrete retaining wall, about 38% construction cost was saved in the 100?m testing retaining wall.     

Earth reinforcement using soilbags

This paper describes the method of earth reinforcement using soilbags and illustrates its application for case studies involving a pond and the expansive soil slope protection for a highway. The strength properties of soilbags were investigated using unconfined compression tests and bearing capacity tests on real soilbags containing either medium grained sands or gravels. The test results show that soilbags have high strength when subjected to an external load. This is primarily attributed to the mobilization of tensile forces in the bags. It is concluded that earth reinforcement using soilbags could substantially improve the bearing capacity of soft ground as well as minimizing deformation under working loads.     

Strength characteristics of soilbags under inclined loads

The application of soilbags in permanent or semi-permanent projects is becoming increasingly wider. When used in some projects like retaining walls, soilbags are usually undertaken loads that are not perpendicular to their long axis direction, i.e. under inclined loads. In this study, a 2D strength formula of soilbags under inclined loads is derived, expressed as the apparent cohesion $c_T$ resulting from the tensile force of the bags. A way of modeling flexible bags in DEM simulation is proposed. The soilbags stacked at different inclination under biaxial compression is numerically simulated by DEM to verify the derived strength formula of soilbags. The results indicate that under inclined loads, the developed tensile forces of the bags and thus the corresponding apparent cohesion $c_T$ of soilbags decrease with the increasing inclination of soilbags.     

砂土中灌注桩侧摩阻力的一个计算模型

当前针对灌注桩桩侧摩阻力的确定方法还存在明显缺陷,描述灌注桩侧摩阻力的计算模型极为缺乏。结合Березаицев松散体极限平衡的轴对称理论及夹心墙土压力理论,考虑了圆拱挤压效应的影响,修正了惯用挡土墙理论设定土压随深度线性增长产生的不收敛效应,提出了卸荷条件下灌注桩桩侧阻力的一个计算方法:在桩上部使用Березаицев解析解、在桩下部使用夹心墙理论;或者沿桩身全部应用夹心墙的理论。同时使用某高架工程现场测试结果进行了验证。结果表明:虽然计算值和实测值存在一定误差,但大体吻合,说明计算模型简便实用具有相当的安全性,适于工程初步估算使用。具备一定的工程实践和理论应用价值,并为进一步深入研究提供科研思路和参考。     

白鹤滩水电站层间错动带的剪切特性

基于白鹤滩水电站层间错动带的室内和现场剪切试验结果,对层间材料、层间材料/母岩接触面(土/岩接触面)的剪切力学特性进行研究。试验结果表明,层间材料和土/岩接触面都表现出无剪胀行为的理想弹塑性力学特性;层间材料的蠕变特性不明显;土/岩接触面的抗剪强度与接触面形貌密切相关,接触面越粗糙,其抗剪强度就越高。比较层间材料的室内和现场直剪试验的抗剪强度可知,试样具有强烈的不均匀性。试样扰动对其抗剪强度的影响要比材料变异性的影响小。尺寸效应使得室内试验获得的内摩擦角要比现场试验获得的大。黏粒含量是影响层间材料抗剪强度的重要因素:随着黏粒含量的增加,内摩擦角减少,黏聚力增大。层间材料的抗剪强度对初始饱和度的变化不敏感。室内试验和现场试验结果在黏粒含量和初始饱和度影响上表现出良好的一致性,说明试样的尺寸效应和变异性只是影响其抗剪强度的次要因素。     

人工制备湿陷性黄土地基地下连续墙浸水试验研究

为研究湿陷性黄土地基地下连续墙基础竖向极限承载特性及浸水后负摩阻力分布特征,选用石英粉、砂、膨润土、石膏和工业盐制备了人工湿陷性黄土,对人工制备湿陷性黄土的物理力学特性进行分析;采用人工制备湿陷性黄土填筑模型试验,进行地下连续墙基础承载特性试验研究。研究结果表明:人工制备湿陷性黄土的物理力学参数与天然黄土基本一致,可用于湿陷性黄土与构筑物相互作用模型试验相似材料。地下连续墙竖向承载力达到其极限时,外墙和内墙总侧摩阻力荷载分担比为67%,确定地下连续墙为端承摩擦型基础。地基浸水湿陷后,中性点深度比为0.64~0.73,试验结果与桩基浸水试验测试结果较为一致。由于地下连续墙基础具有良好的整体性和防渗性,芯土不受水的影响,内墙侧摩阻力与承台土反力能够得以发挥,有效减小地下连续墙基础的沉降。     

沥青路面层间接触面积临界值的计算方法

采用分形理论、层间接触理论,建立了沥青路面(面层/基层)层间接触模型,从微观上对沥青路面层间接触状态进行了分析.根据级配计算了沥青路面层间接触面积临界值的大小,提出了依级配定量计算沥青路面层间接触面积的方法,并分析了沥青路面微观结构与宏观路用性能之间的关系.