加筋土的加筋機理與等效附加應(yīng)力法的改進項目摘要

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。它把筋的作用當成外力加在土骨架上，取加筋土中的土體進行計算。但它目前尚缺乏理論上的支持，應(yīng)變比例系數(shù)的計算以及等效附加應(yīng)力的作用方式也有待進一步明確。本項目擬以加筋土的數(shù)值計算方法，尤其等效附加應(yīng)力法展開研究工作。通過模型試驗、數(shù)值試驗以及結(jié)合具體工程觀測資料的計算分析，進一步揭示加筋土中筋與土的相互作用機理，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)計算方法，完善等效附加應(yīng)力法的理論基礎(chǔ)。同時客觀評價不同方法的優(yōu)缺點和適用性，為加筋土工程的設(shè)計計算服務(wù)。

在基金的資助下，項目圍繞加筋土的加筋機理和計算方法進行研究。通過拉拔試驗和離散元模擬，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倍粒徑時加筋效果會比較好。采用4種加筋材料，分別對黏性土和砂土加筋邊坡進行了離心模型試驗，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)，改進了筋土發(fā)生相對錯動時的應(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。評價了不同方法的特點及單元劃分方式的影響。研究成果應(yīng)用于高加筋土邊坡和基坑工程的計算分析，取得了較好效果。 2100433B

在系列的土料和筋材的室內(nèi)試驗的基礎(chǔ)上，進行了加筋土陡坡的離心模型試驗和不同加筋方式的粘性土一維凍脹模型試驗和不同現(xiàn)場完成了加筋復(fù)合地基樁靜載試驗和加筋檔土構(gòu)造物的凍脹試驗。試驗的結(jié)果表明，本項研究中所發(fā)展的用附加約束應(yīng)力代替筋材作用的加筋土應(yīng)力變形計算思路是合理和可行的。用這一計算方法紀編制了NMFRS有限元計算程序，可用于各種形式的加筋土構(gòu)造物的數(shù)值計算。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，程序簡單結(jié)果可靠，有較大的學(xué)術(shù)價值和實際工程意義。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技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究。本項目的主要目標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。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，而且還會固結(jié)。固結(jié)后的填土對筋帶和擋墻又會產(chǎn)生影響。在這個系統(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。本項目擬從實驗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)計奠定理論基礎(chǔ)。