基于透明土技術(shù)的格柵加筋路堤破壞機(jī)理宏細(xì)觀研究

土工格柵因其優(yōu)良的力學(xué)性能而常被用作路堤的加筋材料，以提高路堤的穩(wěn)定性和整體性?，F(xiàn)有的分析方法不考慮筋材應(yīng)力分布和地基變形對(duì)穩(wěn)定性的影響，難以充分評(píng)估筋材對(duì)路堤穩(wěn)定性的提高作用，也無(wú)法對(duì)加筋破壞機(jī)理做深入分析。因受制于量測(cè)手段，研究成果多限于宏觀規(guī)律總結(jié)和影響因素分析。本課題采用基于透明土技術(shù)的拉拔摩擦試驗(yàn)和模型試驗(yàn)，利用激光散斑技術(shù)和粒子圖像測(cè)速技術(shù)對(duì)土體內(nèi)部變形、格柵應(yīng)變進(jìn)行全局、連續(xù)、精細(xì)化測(cè)量，并結(jié)合數(shù)值模擬和理論分析，研究格柵加筋路堤破壞機(jī)理。歸納起來(lái)的主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：基于透光率提出了透明土透明度定量評(píng)估方法，并系統(tǒng)研究了透光率與厚度、溫度、粒徑和壓力的定量關(guān)系；自主研發(fā)了一套“基于透明土技術(shù)的立體可視化拉拔摩擦試驗(yàn)機(jī)”，實(shí)現(xiàn)了加筋土的精細(xì)化、全過(guò)程、立體量測(cè)；通過(guò)大型可視化土工格柵拉拔試驗(yàn)，揭示了加筋土剪切帶的細(xì)觀演化規(guī)律和筋土荷載傳遞機(jī)制；通過(guò)加筋地基模型試驗(yàn)，揭示了條形基礎(chǔ)荷載下加筋地基內(nèi)部位移場(chǎng)演化規(guī)律和筋材作用機(jī)理，并推導(dǎo)了加筋地基承載力公式；提出了考慮地基變形與筋材應(yīng)力分布的穩(wěn)定性計(jì)算方法。研究成果有助于透明土技術(shù)的應(yīng)用推廣，對(duì)加筋土工程的設(shè)計(jì)和施工具有重要的基礎(chǔ)理論意義和顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

土工格柵因其優(yōu)良的力學(xué)性能而常被用作軟土地基上路堤的加筋材料，以提高路堤的穩(wěn)定性和整體性?，F(xiàn)有的分析方法不考慮筋材應(yīng)力分布和地基變形對(duì)穩(wěn)定性的影響，難以充分評(píng)估筋材對(duì)路堤穩(wěn)定性的提高作用，也無(wú)法對(duì)加筋破壞機(jī)理做深入分析。因受制于量測(cè)手段，研究成果多限于宏觀規(guī)律總結(jié)和影響因素分析。本課題擬采用基于透明土技術(shù)的拉拔摩擦試驗(yàn)和模型試驗(yàn)，利用激光散斑技術(shù)和粒子圖像測(cè)速技術(shù)對(duì)土體內(nèi)部變形、格柵拉力進(jìn)行全局、連續(xù)、精細(xì)化測(cè)量，利用數(shù)碼可視化追蹤技術(shù)測(cè)量滑動(dòng)帶土顆粒運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并結(jié)合離散-連續(xù)耦合數(shù)值模擬，研究軟土地基上格柵加筋路堤滑移面的宏細(xì)觀演化規(guī)律及其破壞機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，考慮地基變形與筋材應(yīng)力分布，建立基于細(xì)觀力學(xué)的穩(wěn)定性計(jì)算方法。研究成果對(duì)軟土地基上格柵加筋路堤的設(shè)計(jì)和施工具有重要的基礎(chǔ)理論意義和顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，并有助于推動(dòng)透明土試驗(yàn)技術(shù)在工程中的應(yīng)用和發(fā)展。

建于軟土地基上的路堤在施工階段的穩(wěn)定性和工后沉降問(wèn)題是工程關(guān)注的重點(diǎn)。目前對(duì)軟土地基上加筋路堤破壞機(jī)理的研究還不夠深入，其穩(wěn)定性分析方法還不盡完善，計(jì)算的結(jié)果明顯比實(shí)際加筋效果偏低很多；對(duì)低頻循環(huán)車輛動(dòng)荷載作用下加筋路堤的工后沉降還未開(kāi)展系統(tǒng)地研究。本項(xiàng)目針對(duì)軟土地基路堤工程較普遍采用塑料排水板、土工格柵材料和灰土情況，以設(shè)置塑料排水板軟土地基上土工格柵加筋灰土路堤為研究對(duì)象，采用離心模型試驗(yàn)和流

黃土地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，降雨、灌溉、生活污水和地下水變化嚴(yán)重惡化了黃土地質(zhì)環(huán)境，孕育和誘發(fā)了大量的地質(zhì)災(zāi)害。因此系統(tǒng)檢測(cè)和查明不同地質(zhì)環(huán)境中黃土的含水狀況，從宏細(xì)觀深入探討含水狀態(tài)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的內(nèi)在關(guān)系具有重要的科學(xué)意義和研究?jī)r(jià)值。本項(xiàng)目基于大量的現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)試驗(yàn)研究，運(yùn)用工程地質(zhì)、巖土力學(xué)與電子信息技術(shù)、電磁場(chǎng)理論等交叉學(xué)科的手段和方法，深入進(jìn)行了基于探地雷達(dá)的土含水狀態(tài)宏細(xì)觀模型的理論與應(yīng)用研究。針對(duì)黃土典型的地質(zhì)災(zāi)害，應(yīng)用快速無(wú)損的探地雷達(dá)技術(shù)檢測(cè)含水率，從試驗(yàn)研究、理論分析及數(shù)值模擬等方面，研究了多因素影響的黃土介電常數(shù)與含水量宏觀模型?？紤]黃土的水敏感性，基于有效分子電場(chǎng)理論和介質(zhì)極化理論，建立了黏性土的混合介電常數(shù)模型，分析了界限體積含水率、孔隙率、飽和度對(duì)黏性土混合介電常數(shù)的影響規(guī)律，從細(xì)觀上深入研究黃土含水狀態(tài)對(duì)工程特性的影響。建立了土體的宏細(xì)觀含水狀態(tài)與介電常數(shù)模型，驗(yàn)證了模型的適用性。建立了宏細(xì)觀含水狀態(tài)與結(jié)合水膜厚度的關(guān)系，確定了介電常數(shù)與黃土工程狀態(tài)劃分體系和評(píng)價(jià)指標(biāo)。采用時(shí)域有限差分法和人工智能技術(shù)，建立了復(fù)雜含水狀態(tài)非均質(zhì)黃土地電模型，進(jìn)行了典型地質(zhì)災(zāi)害正演模擬和試驗(yàn)驗(yàn)證，分析了鐵路路基病害、鐵路隧道病害、高鐵無(wú)碴軌道病害等不同地質(zhì)災(zāi)害檢測(cè)的探地雷達(dá)圖像特征；研究了含水率的雷達(dá)信號(hào)特征提取，揭示了雷達(dá)圖像和黃土含水狀態(tài)間關(guān)系，提高了圖像解釋精度，完善了地質(zhì)災(zāi)害圖像數(shù)據(jù)庫(kù)；針對(duì)探地雷達(dá)測(cè)定黃土洞穴時(shí)出現(xiàn)的繞射干擾現(xiàn)象，對(duì)正演模擬數(shù)據(jù)格式文件進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，結(jié)果表明提高了圓形洞穴和矩形洞穴的圖像解釋精度。進(jìn)行了層位自動(dòng)追蹤算法及其在鐵路隧道探地雷達(dá)檢測(cè)中的應(yīng)用研究，并結(jié)合實(shí)際隧道工程，對(duì)自動(dòng)追蹤算法在隧道襯砌病害中的應(yīng)用進(jìn)行驗(yàn)證，并得到了很好的效果。研究成果具有創(chuàng)新性和應(yīng)用前景，可為西部地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃和防治提供重要依據(jù)。 2100433B