高强土工格室加筋砂地基模型试验变形分析

高强土工格室采用新型U形钉节点, 材料抗拉强度为传统格室的10倍左右. 将土工格室置于地基, 形成土工格室结构层, 针对纯砂地基和不同格室焊距的土工格室加筋砂地基进行多组模型试验. 分析试验所得荷载-沉降曲线, 结果表明土工格室加筋能明显提高地基承载力,减少地基沉降. 在一定范围内, 格室焊距越小, 加筋效果越明显. 将Winkler弹性地基梁计算方法运用于高强土工格室加筋砂地基沉降计算中, 得出弹性地基梁的有限长梁解, 通过试验所得实测数据较为精确地确定了计算所需参数; 对比试验和计算结果, 给出了高强土工格室加筋砂地基结构层变形计算方法, 并且得出高强土工格室这一新型材料的相关计算参数.     

基于模型试验和数值模拟的土工格室加固高填路堤稳定性：以新疆G216线民丰段为例

为研究土工格室加固高填路堤的稳定性,通过开展室内模型试验,分析了在持续荷载作用下素土边坡和土工格室加固高填路堤边坡的沉降量和最大水平位移;基于室内模型试验,建立有限元模型,分析了不同加固条件下的坡顶沉降量、最大水平位移及土工格室应变,研究了土工格室高度、铺设间距以及不同铺设部位对高填路堤稳定性的影响。结果表明:铺设土工格室能降低边坡土体的沉降量和最大水平位移,进而提高边坡的承载力;素土边坡剪应变自坡顶至坡脚形成贯通的滑移带,铺设土工格室后,滑移带的位置由边坡表层深入坡体内部,且滑移带未完全贯通;增加土工格室的高度,边坡的沉降量和最大水平位移先减小后趋于稳定,安全系数先增大后逐渐平缓;边坡的沉降量、最大水平位移随土工格室铺设间距的增大而增大;减小土工格室铺设间距0.6~0.7倍,最大水平位移降低1.5~2倍,坡顶沉降量减小1.5~1.8倍,安全系数增大1.1~1.3倍。高填土路堤的侧向位移主要发生在边坡底部H/3处,在边坡底部H/3处减小土工格室的铺设间距、增加土工格室的高度能更好约束侧向位移和沉降量,是提高路堤稳定性更为经济合理的加筋方案。     

土工格室加筋砂土试验颗粒流分析

为了进一步分析土工格室在土体中的加筋作用,以高强土工格室作为研究对象,采用室内3轴试验和颗粒流模拟的方法,研究土工格室加筋砂土的特性,并通过3维颗粒流分析程序(three dimension particle flow code, PFC~(3D))模拟加筋砂土在不同工况下的应力-应变特性、接触力分布情况、位移场分布规律等.结果表明,用PFC~(3D)能够较好地模拟加筋砂土的应力-应变特性;随着土工格室焊距的增大,加筋砂土模型的承载力也增大;土工格室的高度越高,加筋砂土的承载力越大;随着围压的升高加筋砂土的承载力也增大.最后,分析了在荷载作用下的加筋砂土的位移情况,得出在土工格室中间及其影响区域内土体颗粒在位移方向排列比较集中和整齐,且土体颗粒基本上沿着主应力方向,在土工格室影响区域外围向外扩散.     

基于加筋路基中筋材应力性状的土工格室改进铺设方法

确定土工格室加筋路基中筋材内部的应力性状是控制工程成本、有效发挥土工格室加筋作用的关键因素。首先通过室内试验确定高强土工格室材料的应力-应变关系并以此确定其本构模型,而后基于ABAQUS有限元软件,采用分离式分析法分别建立土工格室及路基的计算模型,对多层土工格室加筋路基进行有限元分析。通过添加土工格室前后情况对比,改变土工格室的加筋层数进行分析,研究不同铺设层数的土工格室对路基沉降及侧向位移的影响。通过分析多层土工格室加筋路基内部筋材的拉应力性状,提出一种改进的铺设方法,并建立了有限元模型进行验证。结果表明:添加土工格室能够有效限制路基沉降及侧向位移,使路基的整体稳定性得到提高,具体表现为铺设1层土工格室时,路基中线处的竖向位移可减小36.2%,坡脚处的水平位移可减小74.8%,且路基的稳定性与土工格室铺设层数呈正相关。土工格室筋材内部拉应力由路基中线向路基两侧呈逐渐减小的趋势,在路基边缘位置已趋于零。采用多层土工格室加筋时,最底层的土工格室和最上层的土工格室承受较大的拉应力。在此规律的基础上,采用改进的土工格室铺设方法,在最大节约30%筋材的前提下,可取得大致相同的加筋效果。     

基于双层Euler梁理论的土工格室加筋体变形计算

针对路堤工程中车辆荷载直接作用于路面板,再经路堤填土传递作用于土工格室加筋垫层的荷载传递实际,并考虑路堤填土刚度、地基土的排水固结效应对土工格室加筋体受力变形的影响,将土工格室加筋体视为置于Kelvin地基上的下梁、路面板视为置于Winkler地基上的上梁,基于双层Euler梁理论,建立考虑路面板-路堤-土工格室加筋垫层-地基土相互作用的上下梁挠曲变形微分方程并求解.将本文解答所得格室加筋体内力位移与传统弹性地基梁法计算结果进行比较,两者吻合良好.在此基础上,分析了格室体刚度、路堤填土刚度、地基反力系数、地基土固结度等因素对路面板及格室体挠曲变形的影响.结果表明:路面板及格室加筋垫层的挠曲变形会随着格室体刚度的增大及地基反力系数的增大而减小,随地基土固结度的增大而增大;此外,路堤填土刚度增大会减小路面板的挠曲变形但会增大格室加筋垫层的挠曲变形.     

软土路基土工隔栅加筋作用机理研究

通过运用ANSYS有限元分析软件对软土路基土工格栅加筋的作用机理进行了数值模拟,研究了土工格栅加筋对软土地基应力场和位移场分布的影响.从计算结果分析可知,土工格栅堤底加筋对约束浅部地基土水平位移有显著作用,使最大水平位移点移向地基深处,使堤趾水平位移大幅减小,同时对竖向沉降有一定的均衡作用,加筋增强了路堤的整体性和稳定性,对地基承载力的提高也有一定作用.特别是加筋前后地表最大水平位移点的移位,对路堤填筑施工监测有一定借鉴意义.     

土工格栅加筋地基承载特性数值分析

为研究加筋地基承载性能,基于已有室内试验结果采用有限差分法建立加筋地基数值模型,分析竖向荷载下土工格栅加筋地基的力学特性及加筋层数对土体的荷载-沉降变形特性、应力分布及土工格栅位移的影响,探讨筋土结构的内部土体和土工格栅应力位移场的演变规律,引入承载力提高系数综合分析加筋层数对加筋地基的沉降及承载力的影响。研究表明:在竖向荷载作用下,地基土体呈拱状不均匀沉降,基础两侧土体隆起变形,加筋后能够改善地基的不均匀沉降及减小侧向变形,约束基础两侧土体的隆起;土工格栅具有良好的应力扩散作用,加筋地基的承载力随着加筋层数的增加而增加,但增长幅度逐渐变缓,加筋层数为4层时承载力最高,为最佳加筋层数;土工格栅的有效埋深约为1.5B(B为基础宽度),当筋材埋深超出筋材有效深度影响范围,筋材的加筋作用不再增强。     

土工格室加筋效果的室内试验

通过室内模型试验，比较土工格室和土工格栅加筋材料加筋后软土顶面的应力和承载力的变化，分析不同填料，不同筋材和不同的格室高度对加筋效果的影响。     

考虑纵横耦合变形的土工格室加筋体变形分析

针对土工格室加筋体的受力变形特点,将其视为小挠度弹性圆薄板,考虑土工格室与桩土加固区的变形协调、土工格室垫层耦合的水平与竖直变形以及上下界面的摩阻效应,建立此轴对称条件下薄板的挠曲变形控制微分方程,利用Bessel复变函数构造竖向及水平位移解析表达式,从而得出双向增强复合地基网下桩土应力比、沉降及桩土差异沉降的计算公式.采用某工程试验结果对该计算方法进行了验证,证明本文计算方法的合理性.参数分析表明:在一定范围内改变加筋体的复合弹性模量、桩土刚度比、上下界面摩阻系数比等因素可以起到调节双向增强复合地基网下桩土应力比和降低格室体沉降的作用.     

土工格室加固饱和黄土地基性状及承载力

采用正交试验设计方法,以土工格室规格、格室填料类型、填料压实度和承载板大小为影响因素,进行了土工格室加固饱和黄土地基承载力的室内模型试验。试验结果表明:土工格室加固方法适宜于处理厚度小于3m的浅层饱和黄土地基,加固后地基承载力可提高2～3倍,说明用土工格室加固饱和黄土地基是一种简单、实用的方法。同时,基于水平向加筋体复合地基原理,推导了土工格室加筋体地基承载力的计算公式。     

土工格室与砂土拉拔试验离散元细观分析

为研究土工格室加筋砂土的界面作用特性,采用离散元程序(PFC3D)建立土工格室加筋砂土的拉拔试验数值模型,分析了拉拔过程中的筋土界面位移、格室节点受力及界面接触力和孔隙率等宏细观参数的变化规律,揭示了土工格室加筋砂土在拉拔过程中筋土界面作用的宏细观机理。结果表明:格室拉拔阻力主要由格室纵肋界面摩擦阻力及格室横肋的被动承载力组成,界面摩擦阻力在前期发挥主要作用,而横肋的被动承载力在后期发挥主要作用;筋土界面区域的土体接触力和局部孔隙率随拉拔位移发生疏密相间的变化,界面区域砂土发生脱空,同时局部土体产生剪胀作用,对应界面孔隙率增大;宏观上随着拉拔位移增加,颗粒挤密咬合能力增强,对应的细观参数(界面接触力和界面局部孔隙率)发生起伏变化,界面区域接触力增大从而使得拉拔阻力随格室拉拔位移的增大而增大。     

土工格栅与土工格室加筋机理比较

文章介绍土工格室这种新型的土工合成材料,并比较了土工格栅和格室加筋路堤的作用机理。土工格室与土工格栅最大的不同在于,由于前者具有一定的厚度,所以具有一定的抗弯能力,能有效扩散从上部结构传来的竖向应力;同时发挥类似于"深基础"的作用,能大大提高地基的承载能力。     

土工格室柔性搭板处治桥头跳车影响因素分析

运用有限元软件ABAQUS研究了加筋前后路堤顶部竖向位移和坡脚下地基的水平位移,分析了土工格室模量、填料参数、柔性搭板布置间距、布置层数和路堤高度等因素对路堤位移的影响。结果显示:土工格室柔性搭板体系能够有效减少路桥过渡段不均匀沉降,且当增大土工格室的弹性模量或增加布置层数时,将显著改善处治桥头跳车的效果。     

单个土工格室加筋效果的影响因素分析

通过定速度压缩试验,研究了不同形状(圆形、六边形、正方形)及受不同侧限(柔性侧限、刚性侧限、无侧限)约束的单个土工格室加筋试样在圆形荷载作用下的承载力和变形特性,分析实验所得的荷载-位移曲线,探索不同形状、不同侧限约束作用对土工格室加筋效果的影响.结合试验,采用FLAC3D(Three Dimensional Fast Lagrangian Analysis of Continua)对不同工况下的加筋土体进行了数值模拟,比较分析不同工况下的云图.结果表明:不同形状的格室单元对土体均有加筋效果,且圆形格室的加筋效果最好;侧限可以减小土工格室加筋土的水平位移,约束土体的变形,且侧限材料的模量越大,加筋土体的刚度越大.     

熔接型聚丙烯土工格室拉伸特性试验研究

土工格室的强度取决于条带强度和节点强度,同时条带生产工艺和节点连接方式对土工格室强度也有一定的影响。通过对拉伸型聚丙烯(Polypropylene,PP)土工格室条带和热熔焊接型节点进行室内单轴拉伸试验,研究试样形状（哑铃形、窄矩形、宽矩形）和试样宽度对PP土工格室条带强度及拉伸变形特性的影响,并比较不同受力状态下熔接节点的失效模式及强度大小。结果表明,3种形状试样的抗拉强度及伸长率从大到小均为宽矩形、哑铃形、窄矩形,试样宽度对PP土工格室条带拉伸性能的影响显著大于试样形状,熔接节点依托于PP条带下的拉伸力学性能表现良好,熔接节点在不同受力状态下的强度从大到小为剪切强度、对拉强度、剥离强度。试验结果可为土工格室的生产、应用以及加筋加固机理的研究提供参考和借鉴。     

高强土工格室加筋砂土性状的三轴试验

通过三轴试验方法研究了高强土工格室加筋土的强度及其变形破坏特性,探论了在不同加筋情况下,土工格室加筋土强度影响因素及其变化规律,分析了在筋材用量相同的情况下,如何选择更合理、更经济的加筋形式.试验结果表明:加筋后土体的强度和抵抗变形的能力明显增强;在围压一定的情况下,格室高度的提升对加筋土强度的提升程度远远大于节点间距减小的影响;在筋材用量相同时,选择格室高度高但是相对层数少的加筋方式更合理;对加筋效果系数和强度参数分析发现,随着围压的增加,加筋效果系数降低,土工格室加筋有助于提高土体的黏聚力和增大内摩擦角,其中黏聚力的提高更显著.     

土工格栅加筋砂土地基性能模型试验研究

正确评价土S-格栅加筋砂土的地基性能,是进行土工格栅与土之间相互作用分析以及为工程设计、计算与分析确定参数的基础．通过模型试验,对静载条件下土工格栅加筋砂土地基性能进行了研究．由模型试验测量结果得知,在砂土地基中铺设塑料土工格栅,可以使承载力提高10％～40％、侧向位移量减少20％～50％、地基轴线处竖向沉降减少30％～50％．通过比较分析认为,对于条形浅基础加筋地基,最佳加筋层数为2～3层,加筋长度应为基础宽度的3倍．     

土工格室结构层抗变形性能模型试验

采用土工格室加筋松软地基，能有效提高地基的强度和刚度，减少地基沉降变形，这在许多实际工程中已得到验证。但对土工格室结构层本身的变形性状，尚缺乏深入系统的研究。利用自制的试验装置，通过静力载荷试验，对土工格室结构层抗变形性能进行了研究，并对土工格室规格、填料类型和压实度3种影响因素进行了对比分析。试验结果表明：土工格室加固的黄土和粗砂结构层的抗变形能力明显得到提高；填料为粗砂时，土工格室结构层的变形模量平均提高了3．25倍，填料为黄土时，提高了1．73倍；土工格室焊距对土工格室结构层抗变形性状无显著的影响，而对土工格室压实度和土工格室填料影响较大。     

不同加筋形式的沿海高速公路拓宽路堤现场试验与数值分析

为了了解沿海高速公路路堤拓宽过程中的受力变形规律,通过拓宽路堤现场试验与数值分析,分析了施工过程中两种不同加筋形式对新路堤深层侧向位移、地表累计沉降、格栅累计变形的影响并通过数值模拟进一步探讨了路堤拓宽过程中的受力变形规律。结果表明：随着填土高度的增加,K2130+590段和K2130+620段的深层侧向位移、地表累计沉降、格栅累计变形也随之增大,其中K2130+590段路堤顶部、底部的最大侧向位移与K2130+620段相比分别减小了31.83%、76.98%,且路中处最大沉降与K2130+620段相比减小了40.51%,而两个试验段格栅累计变形相差不大,基本保持一致;通过综合考虑K2130+590段与K2130+620段的深层侧向位移、地表累计沉降及格栅累计变形,建议采用格栅与格室的组合加筋形式。同时发现最大剪应变增量随着新路堤填土高度的增加而增大,新旧路堤最有可能沿台阶处发生滑移破坏,故为了拓宽路堤的稳定与安全,建议增强新旧路堤台阶处的连接强度,以此保证加筋新旧路堤结构的整体稳定性。     

基于离散元的冲击荷载下加筋道砟细观研究

为了从细观上探究冲击荷载下加筋材料加固作用机制,通过离散元方法建立道砟颗粒模型,采用平行黏结模型建立土工格栅、土工格室柔性模型;通过对比室内道砟冲击试验和数值模拟结果,从宏观、细观上研究道砟竖向累积沉降和侧向变形,并对道砟应力链分布、颗粒接触和位移等进行细观分析。结果表明：在冲击高度为250 mm时,相较于未加筋道砟,土工格栅加筋道砟的竖向沉降和侧向变形分别减少24.4%和12.7%,土工格室加筋道砟分别减少33.5%和24.0%;由于道砟加固区存在垫层效应,土工格栅和土工格室加筋道砟的颗粒接触数分别增加9.3%和42.6%,平均接触力分别减少5.6%和16.7%;对比道砟颗粒平均位移,土工格栅和土工格室加筋工况相较于未加筋工况分别减少13.3%和21.1%,土工格室加固效果比土工格栅更为显著。