加筋土的加筋機(jī)理與等效附加應(yīng)力法的改進(jìn)

在基金的資助下，項(xiàng)目圍繞加筋土的加筋機(jī)理和計(jì)算方法進(jìn)行研究。通過拉拔試驗(yàn)和離散元模擬，研究筋材影響范圍與粗粒料顆粒平均粒徑的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)筋材影響范圍大約為填料平均粒徑的12倍左右。就筋材加筋效果來說，間距在15至25倍粒徑時(shí)加筋效果會(huì)比較好。采用4種加筋材料，分別對黏性土和砂土加筋邊坡進(jìn)行了離心模型試驗(yàn)，研究筋材間距和筋土接觸面性質(zhì)對加筋土邊坡變形和破壞規(guī)律的影響。發(fā)現(xiàn)在筋材與土接觸面強(qiáng)度不能提高的情況下，繼續(xù)增大筋材模量是沒有太大意義的。通過理論分析，完善了等效附加應(yīng)力法的理論基礎(chǔ)，改進(jìn)了筋土發(fā)生相對錯(cuò)動(dòng)時(shí)的應(yīng)變比例系數(shù)的處理方法。從理論上論證了整體式、組合式和分離式方法的一致性，以及與等效附加應(yīng)力法的關(guān)系。評(píng)價(jià)了不同方法的特點(diǎn)及單元?jiǎng)澐址绞降挠绊?。研究成果?yīng)用于高加筋土邊坡和基坑工程的計(jì)算分析，取得了較好效果。 2100433B

加筋是土工合成材料的主要功能之一。目前對加筋土數(shù)值計(jì)算采用的方法主要有把筋土分開考慮的方法和復(fù)合材料方法。等效附加應(yīng)力法也是一種簡便有效的方法。它把筋的作用當(dāng)成外力加在土骨架上，取加筋土中的土體進(jìn)行計(jì)算。但它目前尚缺乏理論上的支持，應(yīng)變比例系數(shù)的計(jì)算以及等效附加應(yīng)力的作用方式也有待進(jìn)一步明確。本項(xiàng)目擬以加筋土的數(shù)值計(jì)算方法，尤其等效附加應(yīng)力法展開研究工作。通過模型試驗(yàn)、數(shù)值試驗(yàn)以及結(jié)合具體工程觀測資料的計(jì)算分析，進(jìn)一步揭示加筋土中筋與土的相互作用機(jī)理，合理確定應(yīng)變比例系數(shù)和等效附加應(yīng)力。參考鋼筋混凝土中的相關(guān)計(jì)算方法，完善等效附加應(yīng)力法的理論基礎(chǔ)。同時(shí)客觀評(píng)價(jià)不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性，為加筋土工程的設(shè)計(jì)計(jì)算服務(wù)。

在系列的土料和筋材的室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了加筋土陡坡的離心模型試驗(yàn)和不同加筋方式的粘性土一維凍脹模型試驗(yàn)和不同現(xiàn)場完成了加筋復(fù)合地基樁靜載試驗(yàn)和加筋檔土構(gòu)造物的凍脹試驗(yàn)。試驗(yàn)的結(jié)果表明，本項(xiàng)研究中所發(fā)展的用附加約束應(yīng)力代替筋材作用的加筋土應(yīng)力變形計(jì)算思路是合理和可行的。用這一計(jì)算方法紀(jì)編制了NMFRS有限元計(jì)算程序，可用于各種形式的加筋土構(gòu)造物的數(shù)值計(jì)算。并用以預(yù)測我們完成的纖維加盤陡坡的離心模型試驗(yàn)和美國科羅拉多大學(xué)所作的土工加筋熱擋土墻的變形和破壞，研究表明，這一算法概念清楚，適用性強(qiáng)，程序簡單結(jié)果可靠，有較大的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)際工程意義。并培養(yǎng)了博士和碩士研究生各一名，發(fā)表論文18篇 2100433B

本課題屬于土工增強(qiáng)技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究。本項(xiàng)目的主要目標(biāo)是研究在靜力荷載作用下，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加筋土結(jié)構(gòu)中加筋材料、填土與擋墻之間的相互作用機(jī)理。與傳統(tǒng)的加筋土技術(shù)相比，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加筋土中的加筋材料、擋墻所發(fā)揮的作用有所不同。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加筋材料由內(nèi)外兩部分構(gòu)成，這兩部分可以相對滑動(dòng)。加筋材料的外部與傳統(tǒng)加筋材料的作用相同，加筋材料內(nèi)部筋帶可被施加預(yù)應(yīng)力，并被錨固于擋墻上,使擋墻、筋帶共同對填土產(chǎn)生作用。在豎向靜載作用下，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加筋土結(jié)構(gòu)內(nèi)部呈現(xiàn)出一種非常復(fù)雜的相互作用系統(tǒng)，填土在筋帶和擋墻作用下不但被有效約束，而且還會(huì)固結(jié)。固結(jié)后的填土對筋帶和擋墻又會(huì)產(chǎn)生影響。在這個(gè)系統(tǒng)中如何分解出加筋材料、填土與擋墻的作用是研究的重點(diǎn)。本項(xiàng)目擬從實(shí)驗(yàn)方法研究這三者之間的相互作用，并在此基礎(chǔ)上研究預(yù)應(yīng)力加筋土的破壞機(jī)理以及其穩(wěn)定性，為無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加筋土的設(shè)計(jì)奠定理論基礎(chǔ)。