土工格室粗砂結(jié)構(gòu)層壓縮變形性狀試驗研究

通過室內(nèi)小比例尺模型試驗,模擬了土工格室在路堤中相同邊坡坡比下,未加筋與加1層、2層筋,共計3種結(jié)構(gòu),在坡頂荷載作用下坡頂沉降和邊坡的變形規(guī)律。研究了土工格室加筋參數(shù)對路堤邊坡結(jié)構(gòu)性能的影響。試驗結(jié)果表明,加筋能大幅提高路堤的穩(wěn)定性和承載能力,并得出了土工格室埋在土中的力學(xué)特征,對工程實踐具有一定的指導(dǎo)意義。

采用自行研制的500mm×500mm×400mm(長×寬×高)大尺寸直剪儀,對土工格室加筋土以及土工格室加筋水泥穩(wěn)定土的剪切性能進行了試驗研究。通過大尺寸直剪試驗?zāi)M土工格室加筋土的剪切作用過程,得出加筋土剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)變關(guān)系為非線性確定了土工格室加筋土的抗剪強度指標(biāo)以及土工格室對土的抗剪強度增強機理,土工格室加筋土的黏聚力提高較大,內(nèi)摩擦角變化相對較小。通過對素土和摻入量為5%的水泥穩(wěn)定土進行常規(guī)直剪試驗、大尺寸直剪試驗和三軸壓縮試驗對比分析,探討不同試驗方法對抗剪強度指標(biāo)的影響,得出3種試驗方法對應(yīng)的抗剪強度指標(biāo)及其相對大小;即素土的摩擦角大小依次為:三軸試驗小于大尺寸直剪試驗小于常規(guī)直剪試驗,素土的黏聚力大小依次為:大尺寸直剪試驗小于三軸試驗小于常規(guī)直剪試驗;水泥穩(wěn)定土的摩擦角大小為:三軸試驗小于大尺寸直剪試驗,黏聚力結(jié)果比較大小依次為:三軸試驗小于大尺寸直剪試驗。

應(yīng)用marc軟件,通過模擬土工格室生態(tài)擋墻墻體、加筋層與填土的相互作用,對生態(tài)擋墻墻背的位移和應(yīng)力性狀進行分析,并結(jié)合實體工程進行墻背側(cè)向土壓力測試。結(jié)果表明:土工格室生態(tài)擋墻在外荷載的作用下,除了剛體位移之外,還會發(fā)生撓曲變形,具有柔性支擋結(jié)構(gòu)的特點;墻背側(cè)向土壓力隨著距墻頂距離的增大而增大;數(shù)值計算與現(xiàn)場測試得到的墻背側(cè)向土壓力變化規(guī)律一致,表明本文采用的數(shù)值模型是合理的。

通過離心模型試驗揭示了土工格室柔性橋臺的變形特性,即未加筋橋臺產(chǎn)生的位移明顯大于土工格室柔性橋臺產(chǎn)生的位移;同時,未加筋橋臺產(chǎn)生整體滑移,而土工格室柔性橋臺因微裂縫的阻斷和錯位,臺背未見破壞。還分析了土工格室的加筋機理,即土工格室在土體中產(chǎn)生的\"緊箍\"和\"網(wǎng)兜\"作用,有效減少了橋臺的側(cè)向位移,抑制了豎向裂縫的產(chǎn)生并阻斷其擴大和貫通,大幅提高了土工格室柔性橋臺的穩(wěn)定性。

在沙漠地帶中,在路基材料缺乏的狀況下,利用土工格室與現(xiàn)場砂土可有效提高沙漠道路的承載力,并能達(dá)到經(jīng)濟效益與路基的設(shè)計要求。為了解土工格室于砂土路基的加筋行為,分別進行了靜態(tài)承載板載重試驗與動態(tài)載重試驗,探討土工格室加筋后的承載能力與動態(tài)特性。與未加筋砂土比較,土工格室發(fā)揮良好之加筋效果,其能提高砂土的承載能力;于靜態(tài)承載試驗中,承載能力隨著土工格室高度增加而提升,并有效減少沉降量之產(chǎn)生。在動態(tài)試驗指出,土工格室加筋于砂土受動態(tài)反復(fù)作用下,增加土工格室高度,并不相對能提升加筋的承載成效。以動態(tài)載重試驗反應(yīng)公路的反復(fù)載重條件,對于沙漠公路設(shè)計使用土工格室加固路基時,得以選擇具有經(jīng)濟效益的優(yōu)化方案。

橡膠砂作為輕質(zhì)耗能填料在土木工程中應(yīng)用越來越廣泛,土工格室加筋可提高橡膠砂的抗剪強度和整體穩(wěn)定性.針對關(guān)于橡膠砂或加筋橡膠砂動力特性的認(rèn)知缺乏的現(xiàn)狀,通過大尺寸循環(huán)單剪試驗研究了橡膠砂分別在有無土工格室加筋情況下在水平循環(huán)荷載作用下的滯回特性.獲得了加筋和非加筋橡膠砂的滯回曲線、動剪模量曲線和阻尼比曲線,并應(yīng)用stokeo-darendeli模型對橡膠砂動力特性進行擬合,得到了加筋和非加筋橡膠砂的動力特性參數(shù).基于對比分析,揭示了土工格室對橡膠砂動力特性影響的規(guī)律與機理.試驗結(jié)果表明:①土工格室加筋能限制橡膠砂中剪切帶的發(fā)展,使得橡膠砂在大應(yīng)變下的滯回曲線反s形特征減弱、阻尼比增大;②由于網(wǎng)兜效應(yīng)引起顆粒接觸法向應(yīng)力增大,土工格室加筋使橡膠砂動剪模量增大,且隨著橡膠含量的增高而增大愈明顯;③土工格室的加入降低了循環(huán)加載次數(shù)對橡膠砂動力特性的影響,并使得橡膠砂最大動剪模量隨橡膠含量和豎向壓力變化的速率減小.給出的土工格室加筋對橡膠砂動力特性影響的定量分析結(jié)果,可為后續(xù)研究和工程應(yīng)用提供參考.

拉拔試驗?zāi)芨玫姆从臣咏钔两Y(jié)構(gòu)中筋材的加筋行為,采用自制的拉拔試驗裝置來測試高填方路堤的現(xiàn)場砂粒填料與土工格室的界面特性參數(shù),分析土工格室與土的界面摩擦作用,進一步研究土工格室的加筋機理。結(jié)合工程實例,對土工格室處治高填方路堤進行現(xiàn)場試驗,分析格室在路堤橫斷面的受力特點以及格室的加筋性能。試驗結(jié)果表明:土工格室拉拔受力是一個漸進式的過程,隨著拉拔位移繼續(xù)增大,格室后面幾排網(wǎng)格依次受到填料的阻力,拉拔界面的剪應(yīng)力呈臺階式的上升;格室與填料的界面摩擦角大于填料本身的摩擦角,且拉拔系數(shù)k大于1.0,格室加筋性能遠(yuǎn)優(yōu)其他平面材料的加筋性能;在路堤橫斷面方向,格室承受拉應(yīng)力;在新舊路堤搭接處,格室受拉應(yīng)力最大,是重點需要處治的位置。研究表明格室能有效的約束路堤土的側(cè)向變形,同時土工格室所在層位起到了擴散荷載的作用。

土工格室屬于特種土工合成材料的一種,將其加入土中以后,可以有效的提高土體的強度和剛度,減小地基沉降,是一種經(jīng)濟并行之有效的地基處理方法。文章通過對土工格室加固機理的分析,推導(dǎo)了用土工格室加固地基的沉降變形公式,并結(jié)合室內(nèi)模擬試驗的結(jié)果對公式進行了驗證。

結(jié)合貴昆線k238段病害路基的整治,采用了砂土夯實樁與土工格室聯(lián)合作用的基床加固方案。對鋼軌中間、軌縫接頭不同斷面位置在列車重復(fù)荷載作用下的長期累積變形進行了觀測。測量數(shù)據(jù)表明,砂土夯實樁與土工格室聯(lián)合作用能夠改善基床的工作性能,減小累積下沉,用于既有線路的基床加固可取得較好的社會經(jīng)濟效益。

介紹了土工格室的概念,闡述了土工格室在加固軟土地基、路堤邊坡防護、擋土墻及其江湖圍堰、沙漠地區(qū)筑路、處理橋頭跳車等方面的應(yīng)用情況,并分別給出了應(yīng)用實例加以論證,應(yīng)用效果良好。

土工格室柔性擋墻作為一種新型公路邊坡支擋結(jié)構(gòu),在公路工程建設(shè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。柔性擋墻墻背土壓力與擋墻的變形形態(tài)及位移量大小密切相關(guān)。運用巖土工程有限元分析軟件plaxis研究了柔性擋墻在不同工況下的變形規(guī)律,計算分析了擋墻的高寬比、坡度以及路基表面荷載對于擋墻的變形性狀的影響。研究結(jié)果表明,高寬比較大時,擋墻的水平位移量和自身的撓曲變形較大,墻背變形表現(xiàn)為外凸的拋物線形。隨著高寬比的減小,擋墻的水平位移量和撓曲變形逐漸減小,墻背變形形態(tài)亦發(fā)生了變化;擋墻頂部的水平位移隨著坡度的變小而迅速減小;隨著填土表面荷載的增大,擋墻頂部的水平位移量逐漸減小,而總水平位移量和撓曲變形卻逐漸增大。研究成果為柔性擋墻土壓力計算方法的提出提供合理的理論依據(jù),對于土工格室柔性擋墻的設(shè)計具有一定的參考價值。

1.名詞概念: 土工格室： 土工格室是目前國內(nèi)外較為流行的一種新型的高強度土工合成材料，它是由強化的hdpe 片材料，經(jīng)高強力焊接而形成的一種三維網(wǎng)狀格室結(jié)構(gòu)。具有伸縮自如，運輸可縮疊，施工 時可張拉成網(wǎng)狀，填入泥土、碎石、混凝土等松散物料，構(gòu)成具有強大側(cè)向限制和大剛度的 結(jié)構(gòu)體。具有材質(zhì)輕、耐磨損，化學(xué)性能穩(wěn)定、耐光氧老化、耐酸堿等特性。由于它較高的 側(cè)向限制和防滑，防變形、有效的增強路基的承載能力和分散荷載作用，目前被廣泛地用于： 墊層、穩(wěn)固鐵路路基、穩(wěn)固公路軟地基處理、管道及下水道的支撐結(jié)構(gòu)、防止滑坡及受載重 力的混合式擋墻、沙漠、海灘和河床、河岸的治理等。 土工格柵： 土工格柵是由用聚丙烯、聚氯乙烯等高分子聚合物經(jīng)熱塑或模壓而成的二維網(wǎng)格狀或具 有一定高度的三維立體網(wǎng)格屏柵。具有強度大、承載力強、變形小、蠕變小、耐腐蝕、、摩 擦系數(shù)大、壽命長、施工方

為研究土工格室+粗顆粒柔性結(jié)構(gòu)在高原凍土地段防護路堤邊坡的工程效果和適用條件,在青藏鐵路沱沱河地區(qū)設(shè)計并開展了土工格室護坡試驗研究,研究試驗包括測定土工格室填料的物理力學(xué)性能指標(biāo);測試土工格室在常溫(20℃)、高溫(60℃)、低溫(-25℃)、循環(huán)條件(低溫→高溫→低溫)、連續(xù)低溫常溫循環(huán)條件和紫外線條件下的力學(xué)特性,對土工格室凍融和抗老化性能進行了試驗,并對現(xiàn)場測試斷面的變形進行測試,試驗成果表明:土工格室這種材料更耐低溫,且具有較好的抗老化性能,可適用于多年凍土地區(qū)路基坡面防護,并根據(jù)試驗結(jié)果給出高原凍土地段土工格室護坡處理措施應(yīng)注意的要點。

為了考察半干硬性混凝土夯擴樁與土工格室聯(lián)合作用加固既有線路基基床病害的效果,結(jié)合達(dá)成鐵路k337段成都黏土(膨脹土)基床病害工點的整治,選取了3個測試斷面,分別測試了經(jīng)不同加固方案處理后的軌道平順性與基床不同高度處在機車荷載作用下的動應(yīng)力、振動變形和加速度等動力響應(yīng)。試驗表明,3個測試斷面的動力作用水平均在合理的范圍內(nèi),動力學(xué)指標(biāo)均低于相關(guān)限值;行車速度對動應(yīng)力、動位移、加速度都有不同程度的影響。其中,加速度隨行車速度的提高而增大最為明顯;線路的平順性與穩(wěn)定程度對線路及路基結(jié)構(gòu)的動力學(xué)(動應(yīng)力、振動變形、加速度)響應(yīng)有顯著影響。

土工格室作為一種新型柔性防護材料,在公路防護中的應(yīng)用十分廣泛。室內(nèi)沖刷模型試驗表明,在黃土邊坡中添加土工格室后,可以降低平均累計沖蝕率達(dá)48%,并可減弱沖溝的發(fā)育和形成,從而防止路基的坍塌;在飽和黃土地基承載力試驗表明,在加土工格室后,可以將其承載力提高2～3倍,并使其破壞方式只有局部剪切破壞和整體剪切破壞2種。

以新疆清水河至伊寧高速公路為依托工程,結(jié)合粉土物理力學(xué)特性,提出了采用土工格室對粉土地基進行加固的方法。通過對土工格室加固粉土地基開展地基承載力、室內(nèi)剪切、水分遷移等試驗分析,論證了土工格室加固粉土地基的可行性,為新疆粉土地區(qū)公路設(shè)計提供了切實可行的技術(shù)依據(jù)。

提出將土工格室與填入其內(nèi)的碎石填料組成的加筋基層置于路堤頂部,以構(gòu)成一種新型的土工格室低路堤-剛性路面結(jié)構(gòu)體系,并通過2組室內(nèi)模型試驗對該體系的受力變形特點進行研究。采用便攜式路面彎沉儀測定了試驗路堤中土工格室基層加入前后動態(tài)回彈模量的變化,并通過自行設(shè)計的一套可實現(xiàn)往復(fù)車載的小型模型車的驅(qū)動裝置模擬作用于路面上的實際車輛荷載。試驗結(jié)果表明:土工格室基層的加入可顯著提高碎石基層的動態(tài)回彈模量值,減少直接承受車輛荷載車道的整體平均沉降;并能帶動相鄰板塊下的土體協(xié)同工作,提高車輛荷載的擴散均化能力,減少相鄰車道間的差異沉降。

土工格室這種新型的土工合成材料與其它土工材料相比具有實用性強、價格適宜、應(yīng)用效果好等優(yōu)點，而被廣泛應(yīng)用到處理軟弱地基、路基護坡、加筋擋土墻、治理橋頭跳車等土建工程中。

土工格室坡面由于其獨特的結(jié)構(gòu)特性,其侵蝕過程與傳統(tǒng)坡面有較大差異.本文采用變坡試驗水槽,研究土工格室坡面在坡面流作用下的侵蝕規(guī)律.分析土工格室坡面流的流動特點及其與普通坡面流的差異,揭示了坡面侵蝕量隨坡度、流量、切應(yīng)力,以及繞流雷諾數(shù)的變化規(guī)律.結(jié)果表明,坡面侵蝕量遠(yuǎn)小于無格室的坡面;坡面累計侵蝕量和繞流雷諾數(shù)之間呈良好的對數(shù)函數(shù)正相關(guān)關(guān)系;平均侵蝕率與坡度、流量、切應(yīng)力之間均呈良好的冪函數(shù)正相關(guān)關(guān)系,且流量對坡面流侵蝕率的影響大于坡度,隨著流量的增大土工格室坡面流侵蝕能力的增率增大.

結(jié)合高速公路拓寬工程,采用彈塑性三維數(shù)值方法,借助三維薄膜單元模擬土工格室,分析山區(qū)高填方加寬路堤的位移與沉降規(guī)律,提出優(yōu)化的格室處治方案,同時進行了現(xiàn)場試驗,分析格室處治后路堤深層側(cè)向位移與沉降規(guī)律。結(jié)果表明:數(shù)值模擬與現(xiàn)場試驗結(jié)果規(guī)律相符,高填方路堤在加寬路基自重荷載作用下豎向位移主要集中在加寬路堤的中上部,側(cè)向位移從路基頂面到底部逐漸減少。受上部路堤土俯沖荷載作用,加寬路堤底部側(cè)向位移相對附近土體較大。格室可有效減少高填方加寬路堤的側(cè)向變形及擴散荷載傳遞。

采用變坡試驗水槽對土工格室防護坡面的侵蝕規(guī)律進行了試驗研究。試驗坡度為5°~35°,放水流量1~2m3/h?；趥鹘y(tǒng)的徑流量和產(chǎn)沙量測定方法,分析了土工格室邊坡坡面的產(chǎn)流產(chǎn)沙演化規(guī)律。研究結(jié)果表明:土工格室的存在形成一系列沿格室邊緣菱形分布的紋溝,與自然坡面的沖刷形態(tài)有本質(zhì)區(qū)別;累計侵蝕量隨坡度、流量的增大而增大;土工格室坡面的侵蝕主要發(fā)生在前10min,相同時段內(nèi)的侵蝕量逐漸減小;同一流量條件下,土工格室坡面沖刷的侵蝕模數(shù)與邊坡坡度之間呈良好的冪函數(shù)正相關(guān)關(guān)系。

為了探明土工格室加筋土的補強機理,為其合理的工程設(shè)計和應(yīng)用提供理論上的依據(jù),通過三軸剪切試驗對土工格室加筋土的強度特性進行了研究,并與筋材平鋪加筋土的強度特性作比較。試驗結(jié)果分析表明,用土工格室作為加筋材料,可以顯著提高土體的抗剪強度,且其抗剪強度高于筋材平鋪加筋土;加筋方式、加筋密度等對應(yīng)力—應(yīng)變曲線形狀影響較大;要使土工格室加筋土強度得以充分發(fā)揮,需要較大的應(yīng)變;在加筋率相同且格室平面尺寸也相同的條件下,土工格室高度較小的多層土工格室,其加筋土(復(fù)合體)的抗剪強度有所增大、整體性將會增強。