土工格柵間距和凸點(diǎn)厚度對(duì)其界面特性試驗(yàn)的影響

土工格柵與土的界面作用特性直接影響著加筋土擋墻的安全與穩(wěn)定性。因此,土工格柵與填料的界面技術(shù)指標(biāo)在加筋土擋墻的設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。本文在從試驗(yàn)方法、加載方式、試驗(yàn)箱側(cè)壁邊界效應(yīng)和尺寸效應(yīng)、填料厚度、壓實(shí)度以及筋材夾持狀況等幾方面分析土工格柵界面摩擦特性影響因素基礎(chǔ)上,進(jìn)行了土工格柵在砂礫料和粘性土中的拉拔試驗(yàn)和直剪試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:土工格柵與砂礫料接觸面抗剪強(qiáng)度較高,而與粘土接觸面抗剪強(qiáng)度很低;對(duì)于加筋土擋墻拉拔力較大的層位,應(yīng)選用剛度大的土工格柵和砂礫料為填料。直剪摩擦試驗(yàn)不適合確定土工格柵接觸面的抗剪強(qiáng)度。該試驗(yàn)結(jié)果對(duì)土工格柵加筋土擋土墻的設(shè)計(jì)具有重要的參考價(jià)值。

土工格柵是一種新型的加筋材料,目前有關(guān)土工格柵機(jī)理的研究較少,處于理論落后于工程實(shí)際的狀態(tài)。通過直剪摩擦試驗(yàn)和拉拔摩擦試驗(yàn)對(duì)土工格柵(包括塑料格柵和經(jīng)編格柵)與粗粒土(砂礫、砂和殘積土)之間的界面摩擦特性進(jìn)行了研究,同時(shí)還采用有紡?fù)凉げ歼M(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,與早期普遍采用的有紡?fù)凉げ技咏畈牧舷啾?無論是強(qiáng)度、延伸率、界面摩擦系數(shù),土工格柵都具有明顯的優(yōu)點(diǎn),尤以土工格柵配合碎石類填料的效果最好,它可以產(chǎn)生摩擦、咬合、嵌鎖等綜合作用。

通過拉拔試驗(yàn),分析了土工格柵在不同填料中的摩擦特性規(guī)律,并對(duì)影響摩擦特性的幾個(gè)主要試驗(yàn)條件進(jìn)行了分析研究,對(duì)今后的筋材拉拔試驗(yàn)及工程應(yīng)用具有參考價(jià)值.

尾礦壩加筋設(shè)計(jì)時(shí),土工格柵與尾礦界面摩擦特性是影響加筋結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的重要因素。通過室內(nèi)拉拔試驗(yàn),分析了上覆壓力、含水率和拉拔速率3個(gè)試驗(yàn)條件對(duì)筋-尾礦界面摩擦參數(shù)的影響。結(jié)果表明:含水率對(duì)似黏聚力和似摩擦角的影響顯著,但隨含水率增大似黏聚力與界面摩擦強(qiáng)度變化趨勢一致,都呈現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律,在含水率變化情況下的界面參數(shù)選取中主要考慮似黏聚力;拉拔速率對(duì)似摩擦角比對(duì)似黏聚力的影響大,且似摩擦角與界面摩擦強(qiáng)度都隨拉拔速率增大而增大,但似摩擦角增大速率逐漸減緩,隨拉拔速率加大,對(duì)界面參數(shù)的主要影響開始由似摩擦角向似黏聚力轉(zhuǎn)變;在不同尾礦含水率或拉拔速率情況下似摩擦系數(shù)均隨法向應(yīng)力增大呈非線性遞減,可用二次拋物線擬合反映二者關(guān)系,且含水率對(duì)似摩擦系數(shù)的影響比拉拔速率對(duì)其的影響大,而在法向應(yīng)力一定情況下,似摩擦系數(shù)隨含水率的變化與對(duì)應(yīng)界面參數(shù)似黏聚力的變化規(guī)律相同,隨拉拔速率的變化與對(duì)應(yīng)的界面參數(shù)似摩擦角的變化規(guī)律相同。

通過室內(nèi)試驗(yàn)研究加筋粘性土的加筋效果,并分析含水率對(duì)加筋粘性土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的影響,其結(jié)論為今后土工格柵加筋粘土在工程中的應(yīng)用提供理論參考依據(jù)。

該文對(duì)試驗(yàn)裝置、試驗(yàn)材料、試驗(yàn)原理與操作進(jìn)行了詳細(xì)的描述,并對(duì)影響摩擦特性的幾個(gè)主要因素進(jìn)行了分析。

土工格柵與土體界面摩擦特性指標(biāo)是加筋土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵?；诜治鐾凉じ駯排c土體的界面摩擦形式,進(jìn)行了一系列室內(nèi)筋土界面拉拔試驗(yàn)和直剪摩擦試驗(yàn),測試了兩種試驗(yàn)條件的界面摩擦特性。試驗(yàn)結(jié)果表明:土工格柵與砂礫料接觸面抗剪強(qiáng)度較高,而與粘土接觸面抗剪強(qiáng)度很低。剪切速率對(duì)兩種試驗(yàn)方法測得的界面摩擦特性指標(biāo)有不同的影響。隨著法向應(yīng)力的增加或剪切速率的降低,筋土界面剪應(yīng)力力峰值以及其對(duì)應(yīng)的剪切位移增大。土工格柵的橫肋對(duì)筋土界面特性具有重要貢獻(xiàn)。隨著填料壓實(shí)度的提高,土工格柵加筋效果越明顯。

土工格柵與土的界面摩擦特性指標(biāo)是加筋土工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。通過分析土工格柵與土的界面摩擦作用和進(jìn)行了直剪摩擦試驗(yàn)和拉拔摩擦試驗(yàn),測試了兩種試驗(yàn)條件的界面摩擦特性。在兩種試驗(yàn)條件下,土工格柵加筋土復(fù)合體的抗剪強(qiáng)度均有界面摩擦角φsq和界面凝聚力csq,且土工格柵與土相對(duì)位移量的不同,其復(fù)合體的強(qiáng)度機(jī)理有區(qū)別。在拉拔摩擦試驗(yàn)中,剪應(yīng)力峰值強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的剪切變形值高于直剪摩擦試驗(yàn)中剪應(yīng)力峰值強(qiáng)度的剪切變形值5～10倍以上。兩種試驗(yàn)均有其適用性,而土與土工格柵的相對(duì)位移較小時(shí)直剪摩擦試驗(yàn)較能反映實(shí)際;土與土工格柵相對(duì)位移較大時(shí)土與格柵雙面均發(fā)生相對(duì)位移,拉拔摩擦試驗(yàn)更為合適。隨法向應(yīng)力的增大,直剪摩擦和拉拔摩擦試驗(yàn)的剪應(yīng)力峰值以及剪應(yīng)力峰值對(duì)應(yīng)的位移均提高。直剪摩擦的剪切速度小,剪應(yīng)力峰值強(qiáng)度高,且達(dá)到峰值強(qiáng)度的剪切位移大;增加剪切速度,剪應(yīng)力峰值強(qiáng)度降低,且對(duì)應(yīng)的位移也減少,其原因是界面上的孔隙水壓力消散和筋材的應(yīng)力松弛。應(yīng)根據(jù)具體工程的需要選擇直剪摩擦試驗(yàn)和拉拔摩擦試驗(yàn)確定設(shè)計(jì)參數(shù)。

土工格柵的蠕變影響其在工程中的應(yīng)用。針對(duì)此問題,本文進(jìn)行了土工格柵的蠕變?cè)囼?yàn),并得到不同設(shè)計(jì)年限下的蠕變強(qiáng)度折減系數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明：在低應(yīng)力比條件下,土工格柵應(yīng)變隨時(shí)間的增加而增長,逐漸變緩,最后趨于穩(wěn)定;在高應(yīng)力比條件下,土工格柵的應(yīng)變隨時(shí)間的增加而增長,直至斷裂;試樣所受到的應(yīng)力比越大,相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)變?cè)酱?達(dá)到同樣大小的應(yīng)變值,較低的應(yīng)變比條件下所需時(shí)間長,較高的應(yīng)變比所需的時(shí)間少;土工格柵在應(yīng)力松弛狀態(tài)中,保持應(yīng)變不變時(shí),荷載隨著時(shí)間的增加而逐漸減小。

土工格柵的蠕變影響其在工程中的應(yīng)用。針對(duì)此問題,本文進(jìn)行了土工格柵的蠕變?cè)囼?yàn),并得到不同設(shè)計(jì)年限下的蠕變強(qiáng)度折減系數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明:在低應(yīng)力比條件下,土工格柵應(yīng)變隨時(shí)間的增加而增長,逐漸變緩,最后趨于穩(wěn)定；在高應(yīng)力比條件下,土工格柵的應(yīng)變隨時(shí)間的增加而增長,直至斷裂；試樣所受到的應(yīng)力比越大,相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)變?cè)酱?；達(dá)到同樣大小的應(yīng)變值,較低的應(yīng)變比條件下所需時(shí)間長,較高的應(yīng)變比所需的時(shí)間少；土工格柵在應(yīng)力松弛狀態(tài)中,保持應(yīng)變不變時(shí),荷載隨著時(shí)間的增加而逐漸減小。

為了研究土工格柵的蠕變特性對(duì)加筋土界面特性的影響,采用蠕變?cè)囼?yàn)設(shè)備及大型直剪試驗(yàn)裝置,以兩種常用的雙向土工格柵為研究對(duì)象開展加筋土界面特性試驗(yàn)研究,分析了蠕變作用對(duì)土工格柵加筋土的筋土界面工作性能的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明,與純砂相比,土工格柵加筋后試樣內(nèi)摩擦角變化較小、黏聚力增大,土體的抗剪強(qiáng)度提高；與未蠕變土工格柵加筋砂土相比,蠕變后的土工格柵黏聚力降低,且蠕變加載等級(jí)越高,黏聚力下降越多；蠕變加載等級(jí)為極限荷載的40%時(shí),土工格柵加筋土的黏聚力下降約30%。在同樣的加載等級(jí)下,初始抗拉強(qiáng)度較低土工格柵的蠕變變形較初始抗拉強(qiáng)度較高的土工格柵蠕變應(yīng)變略小。

加筋土技術(shù)已在公路、水運(yùn)、鐵道、水利等工程中廣泛采用。加筋材料在工程中的蠕變性及耐久性問題一直是人們關(guān)注的重要問題。通過對(duì)土工格柵的系列變形試驗(yàn),得出土工格柵長期荷載作用下的變形特征,即變形率與時(shí)間呈對(duì)數(shù)關(guān)系,與應(yīng)力大小呈“s”曲線關(guān)系,為加筋土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算和加筋材料在工程上的應(yīng)用提供重要參考。

土工格柵的蠕變影響其在工程中的應(yīng)用。針對(duì)此問題,本文進(jìn)行了土工格柵的蠕變?cè)囼?yàn),并得到不同設(shè)計(jì)年限下的蠕變強(qiáng)度折減系數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明：在低應(yīng)力比條件下,土工格柵應(yīng)變隨時(shí)間的增加而增長,逐漸變緩,最后趨于穩(wěn)定;在高應(yīng)力比條件下,土工格柵的應(yīng)變隨時(shí)間的增加而增長,直至斷裂;試樣所受到的應(yīng)力比越大,相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)變?cè)酱?達(dá)到同樣大小的應(yīng)變值,較低的應(yīng)變比條件下所需時(shí)間長,較高的應(yīng)變比所需的時(shí)間少;土工格柵在應(yīng)力松弛狀態(tài)中,保持應(yīng)變不變時(shí),荷載隨著時(shí)間的增加而逐漸減小。

利用室內(nèi)試驗(yàn)測定了土工格柵加筋碎石土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和土工格柵加筋粉砂土的回彈模量,分析了加筋層數(shù)和壓實(shí)度對(duì)加筋土的抗壓特性和變形特性的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)格柵層距較小時(shí),土工格柵加筋碎石土具有良好的抗變形韌性,且土的壓實(shí)度越高,其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度越大;與未加筋的純土相比,土工格柵加筋粉砂土的變形剛度有顯著提高,且格柵層數(shù)越多,提高的量越大。

土工格柵與土的界面作用特征直接影響加筋高填方路堤的安全與穩(wěn)定性。以河北省邢汾高速公路加筋高填方路堤工程為背景．通過室內(nèi)直剪試驗(yàn)．分析不同類型的土工格柵在砂土中的界面摩擦特性作用。試驗(yàn)表明隨著上覆荷栽的增加，土工格柵與砂土的摩擦特性加強(qiáng)。雙向土工格柵與砂土之間的界面凝聚力要高于單向土工格柵．而其界面摩擦系數(shù)相差不大。通過對(duì)格柵界面特性的研究．給土工合成材料的生產(chǎn)建設(shè)性的意見并為實(shí)際工程選用格柵材料提供參考。

為探討土工格柵對(duì)碎石墊層剛度的影響規(guī)律，設(shè)計(jì)了9種不同工況的墊層，分別進(jìn)行了模型靜載試驗(yàn)，分析了墊層厚度、有無土工格柵、土工格柵層數(shù)及鋪設(shè)位置等因素對(duì)碎石墊層及加筋碎石墊層變形的影響。結(jié)果表明：墊層厚度的減小能有效地降低地基沉降；在一定荷載范圍內(nèi)，有土工格柵碎石墊層的承載性能要優(yōu)于無土工格柵碎石墊層；在相同荷載作用下，當(dāng)墊層厚度相同時(shí)，土工格柵層數(shù)和鋪設(shè)位置不同，其碎石墊層的剛度也不同，且存在一個(gè)最佳的鋪設(shè)層數(shù)及鋪設(shè)位置，土工格柵的最佳層數(shù)及鋪設(shè)位置有待進(jìn)一步研究。

采用高密度聚乙烯(hdpe)單向土工格柵,以及南水北調(diào)中線工程新鄉(xiāng)段的膨脹性泥灰?guī)r風(fēng)化土,在填土尺寸為600mm×600mm×600mm的大型疊環(huán)式剪切試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行一系列拉拔試驗(yàn),研究了土工格柵與試驗(yàn)箱側(cè)壁距離、拉拔速率、上覆荷載大小等試驗(yàn)條件因素對(duì)筋土界面拉拔性狀的影響。結(jié)果表明:不排水條件下,土工格柵與試驗(yàn)箱側(cè)壁的距離,對(duì)峰值拉拔力、界面強(qiáng)度與切向剛度的影響不大;拉拔速率較大時(shí),拉拔力增長較快,其拉拔力峰值和界面強(qiáng)度較大;上覆荷載和拉拔力不同,格柵的變形量及筋土相對(duì)位移量不同,不同上覆荷載下界面摩阻力沿格柵埋入長度分布的非均勻程度不同,并可導(dǎo)致較小上覆荷載下界面平均摩阻力反而較大的反常行為。

通過經(jīng)編土工格柵、單向土工格柵與粗砂、圓礫、殘積土在不同法向壓力下的拉拔試驗(yàn),研究土工格柵與土界面特性.結(jié)果表明,單向格柵界面的拉拔系數(shù)和摩擦系數(shù)均小于經(jīng)編土工格柵界面,界面摩擦系數(shù)隨著土體顆粒粒徑的增大而增大.同時(shí)結(jié)合有限元分析的方法,將數(shù)值結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,進(jìn)一步研究了法向壓力、加筋長度、土體模量、格柵軸向剛度、界面折減因子等參數(shù)對(duì)界面特性的影響.最后研究了不同拉力作用下的界面剪應(yīng)力和軸力分布規(guī)律.

以雙向土工格柵ss20和三向土工格柵tx160為對(duì)象,通過開展室內(nèi)直剪試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn),并對(duì)拉拔試驗(yàn)中土工格柵試樣4個(gè)斷面的位移進(jìn)行量測,研究了ss20和tx160的變形及筋土界面特性,對(duì)比分析了ss20和tx160方案的筋土界面剪應(yīng)力發(fā)揮過程和作用機(jī)制、土工格柵變形、筋土界面剪脹(縮)特性和強(qiáng)度參數(shù),同時(shí)探討了試驗(yàn)方法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響.研究結(jié)果表明:拉拔試驗(yàn)中,tx160的筋土相互作用集中在拉拔端附近,而ss20沿試樣全長均能較好地發(fā)揮其作用；相比于ss20,增大豎向壓力可以更好地增強(qiáng)tx160與周圍填料顆粒的相互作用；ss20方案的峰值摩擦角和殘余摩擦角均大于tx160方案,但黏聚力剛好相反；豎向壓力對(duì)直剪試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)所得筋土界面強(qiáng)度參數(shù)均有明顯影響,實(shí)際工程應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)土工格柵的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)確定合理的試驗(yàn)豎向壓力.

土工格柵加固地基已經(jīng)成為一種常見的地基加固方式，其中土工格柵層間距的合理布置直接影響了土工格柵地基的承載力和建造價(jià)格。通過在已有加筋土地基模型試驗(yàn)采用pfc2d軟件建立土工袋格柵加筋土地基顆粒流計(jì)算模型，研究土工格柵加固地基作用機(jī)理以及土工格柵層間距布置對(duì)地基承載力的影響。結(jié)果表明：土工格柵加筋土地基顆粒流模型計(jì)算結(jié)果與已有模型試驗(yàn)結(jié)果基本一致，驗(yàn)證了計(jì)算模型的合理性；土工格柵利用自身抗拉能力，能夠顯著提高地基承載力；隨著土工格柵布置層數(shù)增多和層間距減少，地基承載力不斷增大，增大幅度逐漸減小。研究結(jié)果可以為土工格柵加固地基設(shè)計(jì)及驗(yàn)算提供參考。

通過對(duì)玻璃纖維土工格柵加筋土體的三軸試驗(yàn)研究,分析不同加筋層數(shù)、不同圍壓對(duì)試樣應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線、抗剪強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:加筋作用效果隨著軸向應(yīng)變的增大而增強(qiáng);同一種加筋材料,加筋層數(shù)越多,加筋效果越明顯;加筋使得試樣具有一定的延性,并能顯示出很強(qiáng)的后期效應(yīng);在低圍壓的情況下,采用加筋的方法來提高土的強(qiáng)度更為合理、有效。

土工格柵與粗粒土界面作用特性的直剪試驗(yàn)研究——山區(qū)高速公路建設(shè)中，常采用單向、雙向拉伸土工格柵作為筋材進(jìn)行路基加筋，路基填料多為移挖作填的粗粒土。以此為背景，采用大型直剪試驗(yàn)方法，就影響筋土界面特性的幾個(gè)主要因素(壓實(shí)度、含水量、土工格柵孔徑...