预应变土工格栅与砂垫层界面特性试验研究

采用拉拔试验研究了预应变土工格栅与砂垫层的界面特性,通过对比分析试验结果,对法向应力、垫层厚度和预应变初值对筋土界面特性的影响进行了研究,结果显示:砂垫层厚度为5 cm时,低应力条件下预应变土工格栅与普通格栅的拉拔阻力峰值相差不大,随着法向应力的增大,预应变土工格栅的抗拔性逐渐优于普通格栅,而应变软化现象也愈明显;法向应力为50 kPa时,垫层厚度的增大对格栅抗拔性有一定提高,当厚度达到15 cm后提高效果明显减弱,且高预应变水平的土工格栅随着垫层厚度的增大会出现应变软化现象。最后通过数据拟合得到了界面抗剪强度包络线,预应变加筋法能显著提高格栅与砂垫层界面似摩擦系数,减小界面似粘聚力,可为预应变加筋法的推广提供参考。     

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。     

土工合成材料与细粒尾矿界面作用特性的试验研究

以有色金属铜矿的细粒尾矿为加筋填料土，利用拉拔试验，研究土工合成材料(加筋带和土工格栅)在填料土不同密实度、含水量及垂直荷载作用下，土工合成材料与填料土的界面作用特性，以及细粒尾矿加筋的作用机理。     

土工合成材料加筋的试验研究

以 6种不同种类的国产土工合成材料为加筋材料 ,即针刺无纺土工织物、涤纶纤维经编土工格栅、玻璃纤维土工格栅、单向塑料拉伸土工格栅、双向塑料拉伸土工格栅和土工网 ,进行三轴试验比较各种土工合成材料对砂的加筋效果 ;进行直剪试验和拉拔试验比较各种土工合成材料与填料 (砂和石灰粉煤灰 )的界面作用特性 ,得到一些有益的结论 ,可指导土工合成材料的优选和研究土工合成材料的加筋机理。     

格栅模量对加筋软基路堤关键位移的影响

为了研究土工格栅模量对加筋软土地基上路堤顶面不均匀沉降、路堤中心沉降、坡脚水平位移三个关键位移的影响,通过工程实例现场观测与有限元数值试验相结合的方法,分析了采用不同模量土工格栅加筋后软土地基上的路堤关键位移。研究了土工格栅模量对路堤关键位移的影响。研究成果表明：合理的选择土工格栅的模量可以有效的控制路堤的关键位移。有限元数值试验与现场观测结果一致,其结果可以作为软基加筋路堤设计参考。     

格栅模量对加筋软基路堤关键位移的影响

为了研究土工格栅模量对加筋软土地基上路堤顶面不均匀沉降、路堤中心沉降、坡脚水平位移三个关键位移的影响,通过工程实例现场观测与有限元数值试验相结合的方法,分析了采用不同模量土工格栅加筋后软土地基上的路堤关键位移.研究了土工格栅模量对路堤关键位移的影响.研究成果表明:合理的选择土工格栅的模量可以有效的控制路堤的关键位移.有限元数值试验与现场观测结果一致,其结果可以作为软基加筋路堤设计参考.     

加筋风砂土地基扩展基础的承压性能

进行了下压荷载作用下加筋风砂土地基扩展基础的承载试验,研究了土工格栅及风砂土的剪切与拉拔摩擦特性,进行了14种不同加筋条件下的模型试验,加筋后下压承载力高于未加筋承载力的11.0%～453.0%。相同埋深时,长条形闭口箱型和双层土工格栅的承载力较高,加筋后的抗位移性能增强。加筋风砂土的承载力是由土体的压缩和抗剪能力、格栅与土的相互摩擦、格栅对土体的约束作用产生的。建立了加筋风砂土地基扩展基础承受下压荷载的理论计算公式,计算值与实测值基本吻合。提出了加强风砂土承压性能的有效方法为铺设长条形闭口箱型土工格栅和双层土工格栅。     

土工格栅粉煤灰挡墙加筋作用应用研究

土工格栅加筋土挡墙在土木工程中应用广泛,土工格栅的加筋作用以及筋材在挡墙设计中的计算需要进一步完善.利用FLAC3D有限元分析软件,对未设置和设置土工格栅加筋体的粉煤灰挡墙进行数值模拟分析,研究土工格栅的加筋作用对粉煤灰挡墙稳定性的影响,得到土工格栅加筋挡墙的设计参数.数值模拟结果表明:粉煤灰挡墙高度大于6m时,安全系数偏低,需要在粉煤灰挡墙中加筋来提高其安全系数,保证挡墙的稳定性.对墙高为8m的土工格栅粉煤灰加筋挡墙进行模拟分析,当增大加筋间距时,挡墙的侧向和竖向位移都增大,挡墙的最大竖向位移发生在挡墙的上部,最大侧向位移发生在挡墙中下部位;墙高为8m的土工格栅粉煤灰挡墙的合理加筋间距为0.8m.     

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。     

影响格栅加筋膨胀土拉拔试验的新因素分析

不少学者开展过土中加筋拉拔试验,受测试仪器所限,大多通过改变填土含水率、厚度(上覆法向压力)、类型(粗、细粒土)及拉拔速度等因素来研究对试验结果的影响,除考虑筋材类型(土工格栅、带、网或布)外,对筋土中另一重要影响因素—筋材的初始张拉状态少有研究。本文采用长沙理工大学自行研发的大型数控拉拔试验系统,发挥其尺寸大、双向气囊加载、消除侧壁摩擦等优势,开展膨胀土中格栅加筋拉拔试验,探究筋材尺寸、初始张拉状态、温度、界面残余强度及拉拔方式等新因素对测试值的影响。结果表明:格栅尺寸有一定影响,尤其宽度影响较大;对最大拉拔力而言,格栅应力释放的影响近8.8%;拉拔方式的影响约12.1%;温度的影响为15.9%;残余强度的影响占23.6%。研究结果可供加筋膨胀土工程设计参考。     

条形粗糙基础极限承载力求解与误差分析

利用滑移线法计算了粗糙条形基础极限承载力,计算时考虑了土的黏聚力c、内摩擦角φ和土体重度g的共同作用,避免了对破裂面形状的人为假定,并满足所有边界条件。将数值计算结果与其他学者的解答进行了对比,证明了解答的准确性。分析了地基承载力系数N_γ的影响因素,证实了N_γ除了与地基摩擦角φ有关外,还与超载比l有关。绘制了不同j值下N_γ随l的关系曲线,给出了N_γ的拟合公式,计算结果表明拟合公式的误差在±4%以内。最后对传统叠加方法计算承载力与精确解之间的误差进行了计算,总结了不同j值时误差e随l的变化规律,发现叠加计算结果比精确解小,且最大误差出现在l介于0.1~1之间。     

对粗粒料4种级配缩尺方法的统一解释

利用连续级配土的级配方程,对规范建议的剔除法、相似级配法、等量替代法和混合法缩尺后的级配计算进行了理论推导,并得出了一个统一的计算方程,同时揭示了该方程的4个参数d_(max),b,m和C与原级配方程参数d_(0max),b_0和m0之间存在的定量关系。结果表明:4种方法的新参数m=m0,剔除法和相似级配法C=0,剔除法和等量替代法b=b_0×P_(dmax)~0/100,等量替代法C与P_(dmax)~0和细颗粒含量P_5有关;与规范相比,可以简化级配缩尺计算,特别是对于混合法,可以先直接确定缩尺后的细颗粒含量P_5,通过一次计算即可得到缩尺后的级配方程,且其参数b和C都与所确定的P_5有关;缩尺后的统一方程揭示了各缩尺后的级配参数与原级配参数间的关系,在一定程度上使得定量、系统地研究缩尺效应成为可能。最后,利用该统一方程对糯扎渡堆石料的4种缩尺级配进行了计算演示,本方法与按规范计算结果基本一致。     

压实黄土平面应变方向的主应力特性

对不同含水率压实黄土进行等小主动主应力σ_x的平面应变三轴试验,研究了含水率w及小主动主应力σ_x对加载过程中平面应变方向主应力σ_y特性的影响,根据试验结果提出了描述平面应变方向与其它方向主应力双线性关系的表达式,验证了基于典型强度准则的中主应力公式描述压实黄土σ_y变化的适用性。研究结果表明:在等向固结及初始加载阶段,平面应变方向主应力不是中主应力σ_2,而是小主应力σ_3;平面应变方向主应力比σ_y/σ_x随着主动主应力比R的增大先平缓后快速增大,转折点前后主应力之间分别呈线性和非线性关系;转折点处的主动主应力比Rz大于平面应变方向主应力由小主应力转变为中主应力临界点处的主动主应力比Rc,w及σ_x对Rz的影响较大,对Rc的影响很小。R较小时,w及σ_x对加载过程中σ_y/σ_x几乎没有影响。主应力参数K(=2σ_y/(σ_x+σ_z))与主动主应力比R之间呈双直线;前段为水平直线,K近似为常数Kc;后段为倾斜向上的直线;Kc及直线斜率m与w及σ_x的大小无关。提出的双线性函数能较好地预测压实黄土加载过程中σ_y的变化特性,而仅在土样破坏时,基于Lade-Duncan及SMP准则的中主应力公式的预测值与试验值比较接近。     

离子固化剂改性蒙脱土吸附水特性及持水模型研究

采用不同浓度离子固化剂对天然钙蒙脱土进行改性处理,开展素土与改性土在相对湿度(P/P0)0.01～0.95区间的水汽等温吸—脱附试验,通过持水速率曲线、晶层d001演化曲线及红外光谱特征峰解析蒙脱土吸附水进程中主控因素的演化规律,据此提出水合状态变化的界限相对湿度区间,在此基础上,分别从阳离子水化能和晶层表面水合能角度,建立了离子固化剂改性蒙脱土微观持水方程。试验结果表明:对于钙蒙脱土,在0P/P00.15～0.2,阳离子与水分子结合形成单层"水化壳";在0.15～0.2P/P00.45～0.5,阳离子形成2层"水化壳";当0.45～0.5P/P00.8～0.9,晶层基面进一步吸附水分子形成2层完整水化膜。在极高吸力段(ψ200 MPa),蒙脱土持水能力只受控于层间阳离子水化作用,而在中高吸力段(15 MPaψ200 MPa),晶层基面与水之间的分子作用力是影响蒙脱土表面水合能及持水性状的主要因素。在特定吸力范围内,离子固化剂通过改变相应的物化性质参数(阳离子交换量、比表面积)从而弱化蒙脱土持水能力。基于微观水合机制所构建的持水方程能够很好预测本次试验及文献报道的数据结果,不同吸力段的持水模型可量化表征离子固化剂对蒙脱土吸附水性状的调控机理。     

洛川Q_2黄土残余强度影响因素试验研究

自然界存在许多天然黄土边坡,当它们发生滑动时,发现这些滑坡的滑动面上的平均剪应力,比它们的抗剪强度小得多,发生上述现象的一个重要因素就是土的残余强度问题,因此研究黄土的残余强度具有深刻意义。试验结果表明:环剪仪是目前测量土残余强度最符合实际的仪器,单级剪切是作为测量土残余强度的首选剪切方式;洛川Q_2黄土的初始结构对其残余强度几乎无影响;洛川Q_2重塑黄土的残余强度参数c_r、φ_r随着初始含水率的增大而减小;洛川Q_2重塑黄土的残余强度参数cr、φr随干密度的增大而增大;洛川Q_2重塑黄土的残余黏聚力cr随着剪切速率的增大而减小,残余内摩擦角φ_r随着剪切速率的增大呈先增大后减小的趋势。     

双层非均质地基中单桩受扭弹塑性分析

为探讨双层非均质地基中单桩的受扭承载特性,基于单层土体剪切模量呈幂函数分布的假定,考虑桩–土接触面上极限摩阻力随深度非线性变化,建立出桩顶扭矩作用下的桩身扭转控制方程,进而导得桩顶及桩身的扭矩(T)与扭转角(Φ)等解答,并将其退化为单层非均质及双层均质地基后与已有成果进行了对比验证。同时,桩顶T–Φ曲线参数分析结果表明:增加桩体剪切模量G_p有利于控制桩顶扭转角;桩径r0增加一倍,相同扭转角下桩顶能承受的扭矩值增大4~6倍;随地面处土体剪切模量μ_1和模量分布函数中非线性系数α_1,α_2的增加,桩身受扭性能得到显著改善。此外,桩顶扭转影响因子I_Φ的对比分析表明:桩身在ζL0.2和ζL5.0时分别表现为刚性桩和柔性桩,且后者传至桩底的扭矩极小而可忽略;当ζL5且上下土层顶部剪切模量比μ_1/μ_21时,0.2倍桩长(L)范围内的上部土层对桩身受扭性能影响较大;当ζL10且μ_1/μ_21时,桩身受扭能力主要源自0.4L的表层土。     

阵列型金属阻尼器钢棒耗能元件设计与性能研究

设计了5种形式的Q235材质钢棒耗能元件,包括1种等截面钢棒耗能元件RED A和4种变截面钢棒耗能元件RED B,RED C,RED D和RED E。首先,以数值模拟结合正交试验的方法分析各耗能元件的直径d、长细比δ、端板锚固长度l_m、内缩直径d₁、锚固端延伸长度l₁以及中部等截面长度l₂等几何参数对其耗能性能的影响;其次,研究钢材力学性能参数对钢棒耗能元件耗能性能的影响,将材质为低屈服点钢LYP100,LYP160和LYP225的耗能元件耗能性能与Q235材质的耗能元件进行对比。结果表明:在5种耗能元件中,RED D的耗能能力最强,且当其几何参数组合为直径d₀=40 mm、长细比δ=4、内缩直径d₁=20 mm、中部等截面长度l₂=20 mm时,耗能性能最优,耗能系数达到2.71;当耗能元件材质为低屈服点钢时,耗能性能进一步提升;耗能元件RED D在最优几何参数条件下,采用低屈服点钢LYP160制作时,耗能系数高达3.12。     

土工合成材料大型直剪界面作用宏细观研究

利用大型直剪模型试验设备，在不同竖向压力下进行一系列的土工合成材料直剪试验，应用数码可视化跟踪技术，结合土体变形无标点量测技术来研究双向土工格栅与砂土直剪界面作用的宏细观特性，同时分析界面附近土压力分布规律，并研究界面颗粒运动变化规律和细观组构演化特征与宏观特性的关联。分析结果表明，直剪筋土界面附近竖向压力分布从前端依次向后端减少；直剪界面位移达25 mm时，形成了稳定的剪应变集中带；在筋土界面（6～8）D₅₀粒径厚度范围内，界面颗粒以旋转和平动方式同时位移，该范围外颗粒以平动方式沿剪切方向位移，且位移较小；在剪切过程中，界面颗粒发生旋转，土体发生剪胀，孔隙率增大，平均接触数减小，颗粒重新被压密，孔隙率减小，平均接触数增多，颗粒长轴排列趋于水平方向，各细观组构处于相对稳定状态。     

砂岩裂纹起裂损伤强度及脆性参数演化试验研究

岩石起裂强度σci及损伤强度σcd作为岩石重要的强度特征值,其研究对于分析岩石的渐进破坏过程及预测隧洞脆性破坏有着重要意义。首先采用应变分析及声发射监测方法,研究了两组硬质砂岩试样在单轴及三轴压缩过程中的裂纹演化特征。试验结果表明,试样的侧向膨胀变形及声发射计数值可以较好地反映其内部的裂纹演化情况,二者随着裂纹的萌生积累都表现出一致的阶段性变化规律。同时通过进一步分析应变及声发射曲线中的阶段性变化拐点,确定了砂岩试样的起裂强度及损伤强度值。其中青砂岩平均起裂强度约为其峰值强度的0.42倍,红砂岩平均起裂强度则约为其峰值强度的0.48倍。最后通过对比不同围压下的试验结果,发现两组砂岩试样起裂阶段内摩擦角均小于其峰值阶段,初始φ0约为终值的1/2。由此定义了可反映岩石脆性程度的起裂摩擦水平φ_0/φ,并建立考虑摩擦作用的线性起裂准则。     

新型预应力路基水平向附加应力扩散规律研究

基于弹性理论,推导了新型预应力路基内水平向附加应力计算公式,并获得了预应力自坡面向路堤内的扩散规律;同时运用ABAQUS有限元软件建立三维预应力路基模型,分析了不同侧压板布设位置下路堤内的水平向附加应力分布情况。研究表明:①理论公式的适用条件为侧压板上边界距路肩距离不小于2.0 m;②板覆盖区(除板左下角点外)路基内水平向附加应力系数及其衰减速率随距路堤坡面水平距离的增加逐渐减小,且水平向附加应力逐步由"腹鼓形"差异分布过渡呈"腹平状"较均匀分布;③距侧压板距离大于0.1 m时,附加应力系数随水平距离增加先增大后减小,且扩散峰值点距坡面水平距离随外延距离的增加而增大;④通过合理布置板间距,可在路堤受荷核心区外部形成一道连续、稳定、有效的受压加固区,进而改善路堤土体受力状态,提高路堤整体服役性能。研究成果可为预应力路基的设计计算和推广应用提供理论基础和参考。