砂土与土工合成材料拉拔试验分析

利用大型拉拔设备,结合数码可视化跟踪技术和土体变形无标点量测技术,进行砂土与土工合成材料拉拔试验,分析不同法向压力、格栅嵌固长度和格栅类型对拉拔特性的影响.以数码可视化跟踪技术跟踪拍摄砂土与土工合成材料界面的相互作用过程,并分析力格栅拉拔过程中砂土接触位移的规律.分析结果表明,在低法向压力下拉拔阻力较快达到峰值,拉拔曲...     

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。     

不同温度环境下加肋土工膜与砂土界面拉拔试验的颗粒流数值模拟

为了研究垃圾填埋场衬垫系统中加肋土工膜与砂土界面特性, 通过对比室内拉拔试验, 运用离散单元法的二维颗粒流程序(2D particle flow code, PFC$^{\rm 2D})$, 模拟了不同加肋高度和温度组合下的加肋土工膜与砂土界面拉拔试验, 得到了加肋土工膜与砂土界面的宏观应力-应变曲线、细观颗粒间位移场和应力场的变化规律. 研究结果表明: 加肋土工膜与砂土界面的拉拔应力明显优于光面土工膜($h=0$ mm)与砂土界面; 界面极限拉拔应力随着加肋高度的增加而增大, 随着温度的升高而减小; 界面摩擦系数随着温度的升高而减小. 还从细观角度(颗粒位移和内部接触力)模拟研究了加肋土工膜与砂土界面拉拔试验. 研究结果表明: 加肋土工膜与砂土界面附近砂土颗粒的位移较大, 颗粒整体向左上方移动, 而肋块后部上方的砂土由于法向应力作用向下运动; 随着温度的升高或者加肋高度的减小, 加肋土工膜与砂土界面附近的颗粒位移变大, 稳定性变差; 拉拔模型内部左侧的接触力较大, 加肋土工膜附近的接触力也较大, 并向上下两边逐渐减小; 随着加肋高度的增加或者温度的降低, 加肋土工膜与砂土界面附近土体内部的接触力明显增大. 研究结果从宏观到细观较全面地描述了加肋土工膜与砂土界面拉拔试验的全过程.     

格栅加筋砂土拉拔试验界面特性的离散元模拟

采用二维颗粒流程序PFC2D建立格栅加筋砂土的格栅拉拔试验数值分析模型,分析了格栅拉拔过程中位移场、接触力、孔隙率、配位数等参数的变化规律.根据剪切带厚度将试样划分成四个区域,通过开发细观组构统计程序记录格栅拉拔过程中各区域砂土细观组构演化,探讨砂土颗粒的接触法向、接触力分量的各向异性演化规律及其与试样宏观抗剪强度之间的关系.研究结果表明:拉拔试验过程中,剪切带内平均法向接触力增大,切向接触力减小.剪切带内砂土抗剪强度受控于法向接触力及其各向异性的变化,拉拔过程中,砂土颗粒间法向接触力各向异性主方向的变化与大主应力的方向相一致.     

双向和三向土工格栅筋土界面特性对比试验研究

以双向土工格栅SS20和三向土工格栅TX160为对象,通过开展室内直剪试验和拉拔试验,并对拉拔试验中土工格栅试样4个断面的位移进行量测,研究了SS20和TX160的变形及筋土界面特性,对比分析了SS20和TX160方案的筋土界面剪应力发挥过程和作用机制、土工格栅变形、筋土界面剪胀(缩)特性和强度参数,同时探讨了试验方法对试验结果的影响.研究结果表明:拉拔试验中,TX160的筋土相互作用集中在拉拔端附近,而SS20沿试样全长均能较好地发挥其作用;相比于SS20,增大竖向压力可以更好地增强TX160与周围填料颗粒的相互作用;SS20方案的峰值摩擦角和残余摩擦角均大于TX160方案,但黏聚力刚好相反;竖向压力对直剪试验和拉拔试验所得筋土界面强度参数均有明显影响,实际工程应用中应根据土工格栅的实际应力状态确定合理的试验竖向压力.     

基于离散-连续耦合的加筋包裹碎石桩承载机理分析

为了分析土工格栅包裹碎石桩的颗粒散体受力特性及桩体变形机理,基于室内试验结果建立离散-连续耦合模型,分析应力在桩体中的传递规律、径向应力系数的相关影响因素、桩体和土工格栅中力链的发展规律以及加筋碎石桩的破坏模式。结果表明：碎石桩的径向应力系数(被动土压力系数)并非定值,桩体破坏时径向应力系数较加载初期最大下降44.8%;径向应力系数变化的根本原因是碎石桩骨架受力结构的变化;全长加筋包裹碎石桩的破坏模式为顶部鼓胀破坏,其细观表现为桩顶部位孔隙率增大,格栅力链大面积断裂,碎石颗粒产生大幅度侧向位移;在承载过程中,格栅横肋提供显著的约束应力而格栅纵肋受力极小,主要作用为固定和支撑格栅横肋。     

土工合成材料拉拔试验中若干影响因素的分析

正确评价土工格栅拉拔特性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,具有重要的实际意义。本文在总结前人所做的大量拉拔试验的基础上,阐述了影响土工格栅拉拔试验的若干因素。     

砂土侧限下土工合成材料拉伸试验离散元模拟

为研究土工格栅拉伸性能,以室内无约束拉伸试验为基础,建立侧限约束下的格栅拉伸试验离散元PFC3D模型,分析拉伸速率、上覆荷载对其拉伸性能的敏感程度,探讨侧限约束下土体位移与格栅拉伸变形相互作用的机理,揭示筋土界面孔隙率的发展规律。结果表明:增大拉伸速率、上覆荷载均能提高格栅极限拉伸强度,其中上覆荷载在较小拉伸速率时对格栅的应变影响较大,其由8%减少到5.2%;靠近土工格栅筋土界面区域的土体位移最大,已初步形成筋土拉伸剪切位移带,上覆荷载越大,筋土拉伸剪切位移带的位移越小;随着土工格栅拉伸变形的增加,逐渐形成了筋土界面区域疏密相间的孔隙率分布特征,筋土上下界面部分区域的孔隙率变大,界面砂土发生剪胀现象。     

土工格栅与膨胀土界面摩擦阻力系数试验研究

为满足土工合成材料在道路工程应用中的技术要求,开展了合理选取土工格栅与膨胀土界面摩擦阻力系数的研究.以正交设计原理为指导,选取筋土界面参数的4个影响因素(上覆压力、膨胀土体含水量、土工格栅尺寸和拉拔速度),进行了筋土界面摩擦阻力系数测试的拉拔试验.通过分析筋土界面各参数的影响因素,提出了当量拉拔位移的概念和筋土界面参数拉拔试验测试结果的过程分析方法,获取了各影响因素对摩擦阻力系数的影响程度及其在拉拔试验过程中的变化规律,并提出了拉拔试验的测试要求、步骤和结束标准.     

条基下格栅长度及纵横肋变化的加筋挡墙试验研究

为研究格栅长度及纵横肋数量变化对加筋土挡土墙承载性能的影响,以自行设计的尺寸为1 500 mm×1 000 mm×1 300 mm(长×宽×高)的模型箱开展加筋挡墙室内模型试验,分析在静载作用下格栅长度及格栅横肋数量变化对加筋土挡土墙的加载板沉降、面板水平位移及竖向附加应力等参数的变化规律。试验结果表明:静荷载下,改变加筋土挡墙内部的格栅长度及纵横肋数量,均降低了挡墙结构的极限承载力;格栅长度越小,减去格栅纵横肋数量越多,加载板沉降越大;静载作用下加筋土挡墙破坏大多数为局部破坏,随格栅长度及纵横肋数量逐渐减少,加筋土挡墙破坏模式向整体破坏趋势发展。土工格栅对上部土体传来的附加应力起到较大的扩散衰减作用,减少土工格栅长度及纵横肋数量,均改变了土体内部的应力场,使竖向附加应力传递到更深的土体中,降低了挡土墙的承载性能。     

基于土体相似模型试验的浅基础地基破坏机理研究

为了研究浅基础地基破坏机理,在传统的标点法基础上,增加一种自制的土体内部位移测量装置,对承受竖向荷载的浅基础进行了室内的平面相似模型试验;重点研究地基土体随加载过程的位移变形直至破坏的全过程。研究结果表明:随着荷载的增大,基础下地基土的位移不同程度地向竖向和水平方向发展,基础临近地表也有隆起变形,隆起的高度和内部土体位移测量装置测得的数据相一致。根据实验结果得到的滑动面形状和太沙基地基破坏滑动面形状类似;但是基础正下方的压密区的弹性核接近一个倒置梯形,下底约为上底的四分之一。研究结果为浅基础地基破坏模式的建立提供了参考依据。     

路堤高度和加筋对软土地基累积塑性变形的影响

运用有限单元法对交通荷载作用下软土地基进行隐式动力分析,基于累积塑性变形的计算和影响因素分析,研究路堤高度对交通荷载引起的软土地基累积塑性变形的影响,在此基础上,从地基中动偏应力分布的角度,揭示了土工格栅加筋对于减小交通荷载引起的软土地基累积塑性变形的意义和机理.分析结果表明:当路堤高度1 m左右时,在交通荷载作用下,地基中会产生显著的累积塑性变形;随着路堤高度的增加,地基中由交通荷载引起的累积塑性变形迅速减小.对于受交通荷载影响显著的软土地基,土工格栅加筋改善地基表面的压应力分布,减小传递到地基表面的剪应力,加筋后地基土累积塑性变形明显减小,主要是由于加筋减小了地基土的上部由交通荷载引起的动偏应力.     

基于DPDM技术的上覆硬土层软土地基变形场分析

通过室内双层地基模型试验,对双层地基上部硬土层在不同强度和厚度条件下的承载性能进行了研究,并拍摄数码图像分析了双层地基的变形场.利用无标点数字图像量测技术（DPDM）对双层地基变形的数码图像进行变形场分析,通过网格图的变形分析,土体的初始变形出现在下部软土层中,随着荷载的增大,网格的变形区域逐渐向上部硬土层及软土层下部发展,同时向水平方向扩展;双层地基破坏模式为冲剪破坏.研究内容为双层地基承载力计算和提高地基处理效能提供了依据.     

基于智能手机和数字图像相关的模型实验变形场测量标点法

为提高模型实验位移测量精度和效率,通过智能手机作为图像采集工具,结合数字图像相关技术获取不同载荷状态下附着于被测体表面标点的位移。基于标点法的基本原理引入刚体运动补偿法进行误差校正以提高测量精度,同时通过实验验证了标点法的可靠性。将标点法应用于相似材料模型实验变形场量测中,在模型表面设置自行研制的数字图像相关技术(digital image correlation, DIC)和全站仪两用标点,利用标点法获取岩层位移,并使用全站仪和百分表同步量测,验证其有效性。结果表明:通过刚体运动补偿法进行误差校正,标点法具有与商业测试系统相当的精度;标点法所测得岩层变化均与实际情况一致,该方法测量结果与百分表的测量结果最大相对偏差为6.1%,与全站仪最大相对偏差为5.7%,满足模型实验测量的精度要求。研究成果为进一步研究覆岩变形和动态沉陷规律提供了新的监测手段。     

堤(坝)基层状粗粒土发生渗透变形的颗粒运移规律

堤(坝)基常出现强弱互层的土层结构,具有代表性的主要由强透水砂砾石层、弱透水细砂层和强透水砂砾石层组成,渗透时各土层微观的颗粒运移规律对于揭示堤(坝)基渗透变形和破坏机理至关重要。采用三维颗粒流程序并结合"反演模拟法",准确对颗粒细观参数进行了标定,有效的模拟了该多层堤(坝)基渗透变形的发展过程,获得了堤(坝)基渗透变形过程中的颗粒运移特点及颗粒流失情况。结果表明:渗透破坏主要发生在上部砂砾石层中,随着渗透破坏的持续发生,逐渐影响下部土层,该层中细颗粒在粗颗粒孔隙间移动而后逐渐流失,属于典型的管涌破坏。中间细砂层在上部砂砾石层管涌破坏后,其颗粒最先在管涌口正下方Z4区发生流失,其余区域颗粒流失相对较晚,且颗粒流失量均随着计算时间步的增加而增加,导致细砂层出现小范围的变形。随着计算时间的增加,上部砂砾石层的下沉量是逐渐增加的,当上部砂砾石层细颗粒流失达到一定程度,堤(坝)基发生破坏,将对上部建筑物产生重大危害。为从微观角度认识多层堤(坝)基流渗透破坏提供了一定参考。     

土工格栅与土动力相互作用的有限元分析

采用非线性弹簧－阻尼延迟器－质量块系统模拟土工格栅与土动力相互作用,薄单元模拟土工格栅与土接触面的动力变形特性,根据振动台试验结果推导出土工格栅纵肋与土的刚度和接触面的阻尼比,利用助 锚定板试验结果确定土工格栅横肋与土的刚度,并且采用集中刚度法形成接触面总刚,最后,基于该模型编制了模拟加筋材料与土动力相互作用的有限元分析程序G－D,并与加州大学UCLA加筋挡土墙实测值进行了比较,验证了分析模型的合理性,为研究动载作用下土工格栅与土动力相互作用机理提供了理论分析工具。     

圬工与加筋土组合式挡墙离心模型试验

以湖北十房(十堰至房县)高速公路某处圬工与加筋土组合式挡墙为研究对象,通过土工离心模型试验技术,研究圬工与加筋土组合式挡墙的变形特性及内部土压力分布,并探讨强筋与弱筋(筋材模量)、长筋与短筋(加筋长度)以及密筋与疏筋(层间距)等参数对组合式挡墙的影响.研究发现:圬工挡墙与加筋土挡墙存在明显的相互影响,上部挡墙荷载使圬工挡墙发生内倾,这一内倾使加筋土挡墙上部水平位移进一步增大,并造成墙体底部土压力分布更不均匀;增大土工格栅模量、增加加筋长度、减小加筋间距,更有利于控制加筋土挡墙的变形;加筋土挡墙内部土压力和墙后水平土压力总体上小于理论值,且受挡墙加筋参数的影响;组合挡土结构的墙顶沉降主要发生在施工期,应加强施工质量控制,保证填土的密实度.     

条形荷载下三明治形加筋土挡墙模型试验

为研究一种新型挡墙结构—三明治形加筋土挡墙的受力变形特性，本文采用室内模型试验对比分析了条形荷载作用下三明治形加筋土挡墙与砂土加筋土挡墙的面板水平位移、挡墙沉降、水平土压力、竖向土压力的规律。结果表明：三明治形加筋土挡墙与砂土加筋土挡墙的变形与受力规律相似且差值不大；三明治形加筋土挡墙面板后水平土压力沿着挡墙高度的增加逐渐减小；填筑阶段时，三明治形加筋土挡墙筋材处的竖向土压力沿水平方向呈非线性分布，最大值发生在筋材中后部；加载阶段时，随着距面板的距离增大，筋材处竖向土压力先增大后减小。三明治形加筋土挡墙与砂土加筋土挡墙的变形与受力规律相似，两者性能较为接近。由于三明治形加筋土挡墙的成本较低，在实际工程中是一种较好的替代结构。     

粗砂与结构物接触面的剪切特性试验研究

利用同济大学研制的大型多功能界面剪切仪,对粗砂与结构物的剪切变形特性进行研究.采用在剪切盒内灌注彩色砂条的方法研究剪切带的空间分布特性.结果表明,彩色砂条的变形可以反映剪切带厚度和空间分布.剪切带厚度为6～11 mm,厚度随着法向应力的增加呈增加的趋势;剪切带厚度在空间上的分布呈现出不均匀性,在剪切方向(X轴方向)上呈现中间大两端小的趋势,在垂直剪切方向(Y轴方向)上离散性较小、分布近似均匀.剪切板凹槽的约束作用,使得凹槽内的砂土颗粒带动附近砂土颗粒运动,从而形成剪切带.土体的剪胀特性是由于剪切带内砂土的变形导致的,剪切初始时剪胀速率较快,达到抗剪强度后剪胀速率减慢.