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。     

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。     

高强格室和格栅格室加筋地基的试验对比

分别对纯砂地基、整体插接式高强土工格室加筋地基和格栅格室加筋地基进行了室内模型试验.通过对比荷载-沉降曲线、地表位移曲线、格室变形以及破裂面的滑移等,研究了整体插接式高强土工格室和格栅格室对加筋地基受力性能的影响,初步分析了2种格室加筋地基的加固机理和破坏模式.试验结果表明,与纯砂地基相比,整体插接式高强土工格室和格栅格室均能有效提高加筋地基承载力,减小地表位移,均化地基中的应力分布,其中格室的最优加筋宽度约在4倍基础宽度.对整体插接式高强土工格室和格栅格室加筋地基进行对比发现,格栅格室组成的筋土复合结构的整体性更好,刚度更大,能更好地约束砂土的侧向滑移,延缓地基中破裂面的出现,进而能更好地提高地基承载力,减小沉降.虽然整体插接式高强土工格室条带的强度较大,但容易在节点处出现沿次要受力方向上的撕裂性破坏,因此需要进一步加强节点强度,改进节点形式.     

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.     

基于强度折减法的土工格室加筋路堤稳定性分析

由于加筋复合路堤分析中难以直观看到筋材的参数改变对整个工程的稳定性贡献,为了更加深入了解土工格室加筋的效果,设计用有限元分析软件结合强度折减法(strength reduction method,SRM)对一个二级公路路堤进行数值计算.首先,对三维建模的不加筋路堤进行SRM计算,再用极限平衡方法验证,两种方法得到的结论吻合.这表明更接近实际情况的三维路堤边坡建模分析方法适合在复杂的加筋工况中使用.然后,用此方法分析了铺设土工格室后的路堤稳定性,通过改变土工格室的焊距、埋深、高度、铺设层数来探究材料参数因素与边坡安全系数之间的规律.结果表明,土工格室材料可以起到提高路堤整体稳定性的作用,其中焊距较小、高度较高的土工格室的加筋效果较明显;多层加筋的路堤被破坏时会形成多弧段的破裂面.     

抗滑桩联合土工格室的岸坡加固机理及计算模型

 土工格室是为改善土体或填筑材料在结构和功能方面的特性而设计的一种三维立体网状侧向约束加筋体系。在边坡岸坡的加固中,土工格室一直被作为坡面的防护材料来使用,限制了其应用与发展。根据土工格室的这一特点,在岸坡加固中,探讨了抗滑桩联合土工格室的岸坡加固新模式,分析其作用机理,包括土工格室的紧箍作用及其梁板效应、水平摩擦及抗拉拔作用、抗剪作用等;根据土工格室复合结构层的特点,将其看作具有一定刚度的梁板,建立了抗滑桩联合土工格室加固岸坡的计算模型,并进行了求解和参数讨论。最后,将模型应用于实际工程中,验证了该加固模式和力学模型的适用性。     

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。     

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.     

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。