季节性冻土中土工格栅加筋特性试验研究

针对东北地区典型粉质黏土,通过一系列土工格栅在冻土中的拉拔试验,重点分析了土壤含水率及冻融循环作用对土工格栅加筋性能的影响,并基于拉拔摩擦强度、表观摩擦系数、界面摩擦阻力和端承被动阻力等理论,对试验数据进行了详细分析。研究发现:含水率对土工格栅加筋效果存在明显抑制作用,含水率从20%提高至32%时,筋土界面摩擦阻力和端承被动阻力均减小60%以上。而当含水率一定时(w=24%),冻融循环作用反而提高了土工格栅的加筋效果,经历7次冻融循环后,土工格栅加筋效果增幅为30%左右,主要是横肋前端承被动阻力的提高,而筋土间界面摩擦阻力变化不大。上述试验成果可为土工格栅在冻土地区的推广应用提供一定的理论依据。     

粗粒料加筋土边坡格栅应变在空间和时间的变化规律研究

加筋土作为一种边坡加固措施得到广泛应用,而粗粒料因为造价低、强度高、摩阻力大等优点得到越来越多的采用。又因其有别于细粒土的特性,对格栅及筋土界面会产生不同的影响。根据实际工程经验,对土工格栅抗拉强度及筋土界面影响因素和加筋边坡破坏方式进行了分析。依托工程案例,采用极限平衡法对设计方案进行安全性计算,通过监测数据对比分析了土工格栅应变随着加筋位置和时间的变化规律,对类似工程的设计和施工具有一定的指导意义。     

风致疲劳荷载作用下桩土界面摩阻力变化的温度效应

通过改进的剪切试验系统,测定桩土界面剪切强度与温度的关系以及桩土界面摩擦系数随温度的变化。研究发现:升温过程中,桩土界面的摩擦系数减小。以内蒙古中西部某拟建风电工程为例,对随机风荷载以及作用在桩顶的风致疲劳荷载进行模拟,分析单桩在风致疲劳荷载作用下桩侧阻力随长径比、桩顶位移的变化规律,总结土层温度变化对桩侧摩阻力的影响。结果显示:风致疲劳荷载作用下,桩侧摩阻力增大,且土层温度每升高1℃,桩侧平均侧摩阻力减小约3%。     

塑料土工格栅加筋土结构的振动台试验研究

对塑料土工格栅加筋土结构的缩尺比例模型进行了振动台试验研究。试验过程中，采用两组试验模型，一组测定筋材的动应力应变；一组测定土筋间的动似摩擦系数。试验结果表明：塑料土工格栅筋材在地震作用下最大动拉应力的分布与静拉应力的分布沿筋材的埋深大致相同，只是应力的值大小不同；地震作用下土筋间的动似摩擦系数是随地震加速度的增加而减小。据此，提出了加筋土结构在地震区的设计建议。     

土工格栅界面摩擦特性试验研究

土工格栅与土的界面作用特性直接影响着加筋土挡墙的安全与稳定性。因此,土工格栅与填料的界面技术指标在加筋土挡墙的设计中至关重要。本文在从试验方法、加载方式、试验箱侧壁边界效应和尺寸效应、填料厚度、压实度以及筋材夹持状况等几方面分析土工格栅界面摩擦特性影响因素基础上,进行了土工格栅在砂砾料和粘性土中的拉拔试验和直剪试验。试验结果表明:土工格栅与砂砾料接触面抗剪强度较高,而与粘土接触面抗剪强度很低;对于加筋土挡墙拉拔力较大的层位,应选用刚度大的土工格栅和砂砾料为填料。直剪摩擦试验不适合确定土工格栅接触面的抗剪强度。该试验结果对土工格栅加筋土挡土墙的设计具有重要的参考价值。     

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。     

土工隔栅与土界面作用特性的试验研究

通过室内模型试验和现场测试的方法对路基工程中土工格栅与填土界面之间的相互作用特性进行了研究,分析了上覆荷载、层间厚度、压实度、埋设层数、埋设位置等因素对于格栅与土界面作用特性的影响规律.试验结果表明,随着上覆荷载的增大,界面拉应力基本呈线性增长,量值大约为竖向荷载的1/1000;在路堤中心线处的拉应力最大,往两侧逐渐减小;随层厚及压实度的增加,界面摩阻力逐渐增大,格栅界面作用逐渐增强.为保证土工格栅抗变形能力的充分发挥,实际工程中格栅的埋设应遵循"上疏下密"的原则.现场试验也表明,土工格栅有调整荷载分布的作用,对于减小路堤的不均匀沉降有明显的效果,从而对提高路基的稳定性能有较大作用.     

土工格栅纵横肋的筋土承载特性分析

为研究土工格栅纵横肋与砂土的界面受力特性,进行了不同法向压力的格栅拉拔试验,分别设计了横向与纵向剪除横肋的6种拉拔试验工况,研究横肋减少对格栅受力、拉拔阻力峰值和位移及似摩擦系数的影响,并分别对比了整体剪切和刺入剪切破坏模式下的格栅拉拔阻力,揭示格栅筋土界面的相互作用机理。结果表明,随着横肋的减少,格栅拉拔阻力和似摩擦系数不断地变小;横肋沿横向减少的格栅最大拉拔阻力大于横肋沿纵向减少的最大拉拔阻力,完整横肋有助于筋土界面的加筋作用的充分发挥。理论计算格栅界面摩擦力约为18%~19%的试验拉拔阻力,而试验获得的格栅界面摩擦力与试验拉拔阻力的比值为29%~33%,横肋与土体挤压咬合产生的承载力分量占了总拉拔阻力的67%~71%,横肋极大提高了土工格栅的拉拔阻力。     

基于大型真三轴试验的粗粒料强度特性研究

基于长江科学院自主研制的大型微摩阻土工真三轴仪,对某土石坝粗粒料开展不同中主应力系数(等b)条件下的真三轴试验,探讨三向应力条件下粗粒料强度变化特征。研究表明:(1)中主应力对粗粒料强度影响显著,强度随b值增加而增加,特别是b值在0~0.25区间内,相较于常规三轴试验其强度指标显著增长;(2)经与几种经典强度准则对比,拉德–邓肯强度准则能相对较好地反映粗粒料在三向应力状态下强度演化趋势;(3)通过一组平面应变试验认为,不同围压下当偏应力接近峰值时,b值基本稳定在0.17~0.19,实际工程在试验条件有限的情况下,平面应变试验成果可用于粗略估算粗粒料在复杂三向应力状态下的强度。研究成果可为合理确定粗粒料复杂应力状态下强度参数及精细化研究粗粒料强度准则提供参考。     

刹车片型摩擦消能器的单轴力学性能试验研究

对采用刹车片作为摩擦材料的摩擦消能器进行单轴往复加载试验,考虑摩擦界面的面压、加载速率等因素对摩擦阻尼器力学性能的影响。在摩擦消能器中,采用高强螺栓与碟形弹簧串联为摩擦界面施加正压力,以减小温度应力等因素对消能器性能的影响。同样参数的试验重复三次,以观察消能器性能的离散性。试验结果表明,该摩擦界面具有可靠的滞回耗能能力,摩擦力相对比较稳定。但在试验中,摩擦界面的面压存在逐步下降的趋势,且下降的幅度与初始面压的大小有关。此外,与静力加载相比,动力加载条件下消能器表现出更小的动摩擦系数。采用通过静力加载得到的摩擦系数进行消能器设计,可能得到偏于不安全的结果。     

红砂岩粗粒土路基填料试验分析

本文对风干的红砂岩粗粒土及饱水红砂岩粗粒土路堤填料进行了CBR试验、耐崩解试验、压缩试验和剪切试验.试验结果说明水对红砂岩粗粒土的CBR值影响明显,但是其加州承载比均大于规范要求.红砂岩粗粒土适合作为高等级公路的路基填料,但是在实际工程应用时要注意水对红砂岩粗粒土软化的影响.     

Particle shape effects on the cyclic shear behaviour of the soil–geogrid interface

The accurate determination of the interface shear strength is essential in the design of geosynthetic-reinforced soil structures. The particle geometries of three types of soil materials and a spherical granular medium are imaged and quantified using binary image-based methods and described in terms of regularity. Cyclic direct shear tests are conducted to investigate the effects of particle regularity on the interface shear strength, stress–displacement relationship, shear stiffness, and damping ratio. The results reveal that the interface shear strength and deformation strongly depend on particle regularity. The vertical displacement ratio is found to increase with particle regularity under the same cycle number. The interface stiffness is observed to increase with the cycle number for particle regularities of 0.453, 0.565, and 0.672 but decreases with the cycle number for a particle regularity of 0.971. For a given regularity, the trend of damping ratio with the increasing cycle number is contrary to the that of shear stiffness. Finally, it is observed that the cyclic friction angle decreases with increasing particle regularity, the relationship of which is determined using linear regression. Thus, the systematic quantification of particle shape characteristics can lead to a better understanding of soil–geogrid interface behaviour.     

加筋土的拉拔摩擦试验研究

本文通过筋土之间的拉拔摩擦试验研究,分析了四种筋材在同一填料以及一种筋材在三种不同填料中的筋土界面摩擦系数的变化情况,并分析了筋材摩阻强度的变化规律。试验结果表明:在同种填料中,土工网和土工格栅较土工布、土工带界面摩擦系数高;同种筋材在粗颗粒填料中界面摩擦系数较细颗粒填料中大。拉拔试验的剪切应力与剪切位移具有明显的非线性特征,在开始阶段剪切应力有明显的增加,然后达到峰值并趋于稳定;随着法向应力的增加,界面的剪切应力的峰值以及对应的拉拔位移量也相应的增加。研究结果可为今后加筋土的研究及应用提供一定的参考和借鉴。     

Dynamic friction and the seismic performance of geosynthetic interfaces

The stability of geotechnical structures which contain geosynthetic interfaces is closely linked to the shear strength between the geosynthetics themselves, both in static and dynamic conditions. Static friction is the maximum interface shear strength mobilised before displacement, whereas dynamic friction is related to the kinematics of the displacement itself. In polymer materials, dynamic friction may be widely variable, depending on the type, geometry and integrity of the surfaces in contact, as well as on the intensity and time-history of the seismic signal. This means that predicting interface shear strength is not simple. This paper focuses on the evaluation of dynamic interface shear strength between geosynthetics, using the results of both inclined plane tests and shaking table tests; this latter test also provided a means to analyse interface behaviour under the conditions of real seismic records. To this purpose, two common geosynthetic interfaces, which exhibit different behaviour under dynamic loading, were tested. One interface was a smooth HDPE geomembrane in contact with a nonwoven polypropylene geotextile, while the second was a textured HDPE geomembrane in contact with a different type of nonwoven polypropylene geotextile.The test results shows that dynamic friction mobilised during seismic events depends on the relative speed according to the same law outlined by the free sliding tests and by the shaking table tests carried out with sinusoidal base motions. Moreover, for the two different types of studied interfaces dynamic friction may be greater, lesser or equal to the static friction and the assumption of a constant value of dynamic friction does not lead to an accurate prediction of the seismic displacements under various earthquakes.     

Influence of cyclic tensile loading on pullout resistance of geogrids embedded in a compacted granular soil

This paper deals with some results of a wide experimental research carried out in order to study factors affecting cyclic and post-cyclic pullout behaviour of different geogrids embedded in a granular soil. The new test procedure developed (multistage pullout test) and the relative results are described. In particular, test results obtained using the constant rate of displacement (CRD) and the multistage pullout tests highlighted the influence of the different factors involved in the research (cyclic load amplitude and frequency, vertical confining stress, geogrid tensile stiffness and structure) both on the peak pullout resistance and on the peak apparent coefficient of friction mobilized at the interface.     

新型可视土工拉拔试验仪的研发与应用

研制了一台新型可视自动采集数据的土工拉拔试验装置,可用于多种土工材料和填料作用下的拉拔试验。该装置改进了加载系统和反力系统,实现了拉拔界面的可视与数据采集的自动化,并可量测土工材料不同嵌固长度处的位移,获取土工材料变形值,探索筋土作用过程中筋材受力机理及界面土体位移变化规律。使用新研制的试验装置开展了以砾类粗粒土为填料的格栅拉拔试验,结果表明:上覆荷载增大,土中格栅的应变变小,土体与格栅的界面摩擦和嵌固作用越显著;筋土界面处土体颗粒存在平移及转动两种运动模式,且界面处土体形成稳定的位移集中带。     

预应力管桩侧摩阻力影响因素的研究

 桩侧摩阻力在各种情况的影响下变化较大,为能准确对其进行取值需对其影响因素进行研究。从侧摩阻力的机制分析推知,侧摩阻力的决定因素为桩土界面强度、土体的强度以及土体的应力状态。土体的应力状态是造成侧摩阻力变化的根本原因,它不仅会影响到桩土界面强度的取值,还会使土体在强度条件一定的情况下表现出不同的抗剪能力。介绍3根预应力管桩的内力测试成果,利用ADINA有限元软件对试验桩进行3个方面的分析：破坏可能发生位置、桩土界面参数的取值、桩侧土压力随土层深度及桩荷载的变化。通过分析发现,3根管桩的破坏均发生在界面处。对于淤泥土桩土界面力以黏着力为主;对砂质土或全风化岩桩土界面力以摩擦力为主,此时桩侧土压力的变化会对桩侧摩阻力极值有影响。     

基于正交设计的红砂岩改良土抗剪强度试验和回归分析

兰州地区地铁深大复杂基坑日益增多,为了保护生态环境和减少工程造价,通过试验将开挖后的红砂岩添加黄土和水泥进行改良作为路基填料。基于兰州某地铁工程,采用正交试验,对不同配合比下的改良土展开了击实试验和快剪试验,分析了红砂岩改良土抗剪强度的影响因素及其影响大小,给出各因素最佳配合比,并得出了红砂岩改良土抗剪强度的回归模型。试验结果表明:黄土对内摩擦角的影响显著,水泥和含水率对黏聚力影响显著,各因素对黏聚力影响的主次顺序为:水泥掺量→含水率→黄土掺量,对内摩擦角影响的主次顺序为:黄土掺量→含水率→水泥掺量。针对不同配合比下的试验数据,建立回归方程预测改良土的黏聚力和内摩擦角。试验结果对评价红砂岩作为路基回填料具有一定参考价值。