土工格柵加筋紅砂巖大三軸試驗

土工格柵加筋膨脹土路堤或路塹、渠坡已在公路、鐵路與水利工程中獲得成功應(yīng)用,但目前對加筋膨脹土的強度與變形特性的研究還較少。對不同方案加筋(水平1層加筋、水平3層加筋、豎向加筋)與不加筋的膨脹土樣在不同圍壓下的三軸排水剪切試驗結(jié)果的分析表明,(1)土工格柵加筋膨脹土形成排水通道,加速土體的排水固結(jié),有利于膨脹土坡的穩(wěn)定;(2)土工格柵加筋膨脹土一般呈應(yīng)變硬化特征;(3)土工格柵的植入使剪切帶的發(fā)展受到抑制,導致破壞模式變化;(4)加筋使膨脹土的內(nèi)摩擦角變化不大,而黏聚力則有明顯提高,其提高程度從小到大依次為水平1層加筋、水平3層加筋和豎向加筋;(5)采用加筋效果系數(shù)r評價,除了水平1層加筋方式的效果有所降低外,其余加筋方式都表現(xiàn)出加筋比不加筋的效果要好,其中以豎向加筋的效果最好。

通過載荷試驗,模擬基礎(chǔ)受荷條件下的剪切破壞過程,了解不同類型格柵在增大荷載擴散角,提高承載力,減小地基變形等方面的效果。

通過對玻璃纖維土工格柵加筋土體的三軸試驗研究,分析不同加筋層數(shù)、不同圍壓對試樣應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線、抗剪強度的影響。試驗結(jié)果表明:加筋作用效果隨著軸向應(yīng)變的增大而增強;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度更為合理、有效。

橡膠砂作為輕質(zhì)、耗能填料在土木工程中有廣泛的應(yīng)用前景,但其強度往往會隨橡膠含量的增大而降低。土工格柵常用于對散體材料的加筋補強,研究土工格柵對橡膠砂強度特性的加筋效應(yīng)具有重要意義?；谌S壓縮試驗,對3種不同格柵布置方式(1、2、3層)下的干燥橡膠砂強度特性展開研究,重點考察加筋層數(shù)對不同圍壓(50、100、200kpa)下、不同配比(0%、10%、20%、30%、40%)橡膠砂的強度參數(shù),如峰值強度、似黏聚力、內(nèi)摩擦角的影響規(guī)律。結(jié)果表明:土工格柵加筋橡膠砂的強度參數(shù),包括峰值強度、似黏聚力、內(nèi)摩擦角,相對于未加筋橡膠砂均有明顯提高,提高幅度隨土工格柵加筋層數(shù)的增加而增大,隨著圍壓的降低而增大；土工格柵對配比為20%橡膠砂的強度加筋效應(yīng)最為明顯；土工格柵加筋橡膠砂的強度參數(shù)恢復系數(shù)與加筋密度之間呈良好的線性關(guān)系；土工格柵加筋橡膠砂的強度特性可由試驗所得的經(jīng)驗恢復函數(shù)較好地估計。

通過室內(nèi)試驗研究加筋粘性土的加筋效果,并分析含水率對加筋粘性土的抗剪強度指標的影響,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)。

采用大型三軸儀,對直徑30cm,高60cm,放置兩層土工格柵的加筋土復合體試件進行三軸試驗。試驗獲得了加筋土復合體的應(yīng)力-應(yīng)變及其抗剪強度特性,以及含水量對加筋土復合體力學性能的影響規(guī)律。

采用大型三軸儀,對直徑30cm,高60cm,放置兩層土工格柵的加筋土復合體試件進行三軸試驗。試驗獲得了加筋土復合體的應(yīng)力-應(yīng)變及其抗剪強度特性,以及含水量對加筋土復合體力學性能的影響規(guī)律。

土工格柵加筋碎石土大型三軸試驗研究——在大型三軸儀上進行了素碎石土和加筋碎石土的三軸排水剪切試驗，探討了加筋碎石土的強度及變形特性，分析了塑料土工格柵的加筋機理，為加筋碎石土的理論計算提供了依據(jù)。

通過土體三軸受壓條件下的無側(cè)向靜止土壓力系數(shù)和摩爾-庫侖定理,將加筋黏土體在三軸受壓條件下的總體抗剪強度分為加筋土體發(fā)生側(cè)向變形前的強度和與土工格柵密切相關(guān)的土體發(fā)生側(cè)向變形后的強度兩部分進行研究。在不同含水量下加筋黏土的三軸試驗及其所得相關(guān)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上,提出利用加筋土體發(fā)生側(cè)向變形后的抗剪強度與極限抗剪強度的比值p2隨加筋層數(shù)的變化情況作為評價加筋效果的重要指標。試驗結(jié)果表明,當黏土在最優(yōu)含水量狀態(tài)下時,其加筋效果最為顯著。

通過土體三軸受壓條件下的無側(cè)向靜止土壓力系數(shù)和摩爾—庫侖定理,將加筋粘土體在三軸受壓條件下的總體抗剪承載力分為加筋土體發(fā)生側(cè)向變形前的承載力和與土工格柵密切相關(guān)的土體發(fā)生側(cè)向變形后的承載力兩部分進行研究。通過不同含水量下加筋粘土的三軸試驗及其所得相關(guān)數(shù)據(jù),提出了利用加筋土體發(fā)生側(cè)向變形后的抗剪承載力與極限抗剪承載力的比值p2隨加筋層數(shù)的變化情況作為評價加筋效果的重要指標。試驗結(jié)果表明,當粘性土在最優(yōu)含水量狀態(tài)下時,其加筋效果最為顯著。

本文以廣泛分布于內(nèi)蒙古沙漠地區(qū)的風積沙為研究對象,對不加筋風積沙和不同層數(shù)的加筋風積沙做了一系列的固結(jié)排水常規(guī)三軸試驗,通過分析試驗數(shù)據(jù)來探討其強度變化規(guī)律和體積變化規(guī)律.試驗結(jié)果表明:在風積沙中以一定平鋪的方式加入土工格柵可以使土體獲得準黏聚力和增大其內(nèi)摩擦角,從而提高其抗剪強度;在一定范圍內(nèi),加筋層數(shù)越多,強度提高越大.這一研究為沙漠地區(qū)的土建、水利等工程中的加筋土體結(jié)構(gòu)的設(shè)計和理論研究提供參考.

為研究石灰改性紅砂巖殘積土的工程性質(zhì)并確定最佳摻量,以恩施地區(qū)紅砂巖殘積土為研究對象,制備不同石灰摻量的改良土試樣,并進行擊實、壓縮、無側(cè)限抗壓試驗。結(jié)果表明,隨著石灰摻量的增大:改良土最優(yōu)含水量逐漸增大,最大干密度逐漸減小;改良土壓縮系數(shù)先減小后增大,壓縮模量先增大后減小,對應(yīng)的最優(yōu)石灰摻量為7%;改良土無側(cè)限抗壓強度先提高后降低,對應(yīng)的最優(yōu)石灰摻量為9%。出現(xiàn)上述規(guī)律的主要原因是:石灰發(fā)生的水化、離子交換、碳酸化、結(jié)晶等作用,增強了砂土顆粒之間的黏結(jié),提高了土的整體性,使石灰土壓縮、強度特性得到改良。然而,過多的石灰會以自由灰的形式存在于土顆?？障吨g,導致土體的壓縮變形量增大,無側(cè)限抗壓強度降低。

該文對試驗裝置、試驗材料、試驗原理與操作進行了詳細的描述,并對影響摩擦特性的幾個主要因素進行了分析。

土工格柵的蠕變影響其在工程中的應(yīng)用。針對此問題,本文進行了土工格柵的蠕變試驗,并得到不同設(shè)計年限下的蠕變強度折減系數(shù)。試驗結(jié)果表明：在低應(yīng)力比條件下,土工格柵應(yīng)變隨時間的增加而增長,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,相同時間內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)變越大;達到同樣大小的應(yīng)變值,較低的應(yīng)變比條件下所需時間長,較高的應(yīng)變比所需的時間少;土工格柵在應(yīng)力松弛狀態(tài)中,保持應(yīng)變不變時,荷載隨著時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。針對此問題,本文進行了土工格柵的蠕變試驗,并得到不同設(shè)計年限下的蠕變強度折減系數(shù)。試驗結(jié)果表明:在低應(yīng)力比條件下,土工格柵應(yīng)變隨時間的增加而增長,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,相同時間內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)變越大；達到同樣大小的應(yīng)變值,較低的應(yīng)變比條件下所需時間長,較高的應(yīng)變比所需的時間少；土工格柵在應(yīng)力松弛狀態(tài)中,保持應(yīng)變不變時,荷載隨著時間的增加而逐漸減小。

加筋土技術(shù)已在公路、水運、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。通過對土工格柵的系列變形試驗,得出土工格柵長期荷載作用下的變形特征,即變形率與時間呈對數(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)計計算和加筋材料在工程上的應(yīng)用提供重要參考。

有關(guān)土工織物界面試驗的成果較多,而土工格柵界面試驗的成果很少。介紹了單向拉伸格柵和經(jīng)編格柵的界面試驗內(nèi)容和成果,對土工格柵與砂礫石、粗砂、殘積土的界面摩擦系數(shù)作出評價,并與有紡土工布的成果進行比較。

選取大慶至廣州高速公路衡水段某加筋土擋墻為工程背景,選取midas/gts建立3d數(shù)值計算模型對土工格柵加筋控制效果進行了研究。通過對加筋土擋墻設(shè)計參數(shù)分析和對數(shù)值模型的假定,并根據(jù)力學特征建立模型。利用midas/gts,重點分析擋墻側(cè)向位移與格柵軸力變化特征,并對加筋土擋墻位移的影響因素進行研究,提出了格柵加筋間距與長度等參數(shù)對土擋墻的控制效果的影響。

為了研究紅砂巖蠕變特性,對紅砂巖進行了單軸壓縮蠕變試驗。以試驗結(jié)果為基礎(chǔ),建立了非線性黏彈塑性蠕變模型,并基于bfgs非線性優(yōu)化算法對該模型參數(shù)進行了識別。結(jié)果表明,紅砂巖具有明顯的蠕變特征,建立的模型可以同時表征巖石瞬時加載應(yīng)變、衰減蠕變、穩(wěn)態(tài)蠕變以及加速蠕變等蠕變特征。最后,將非線性黏彈塑性蠕變模型進行了大型有限差分法軟件flac3d的二次開發(fā),并對紅砂巖單軸蠕變數(shù)值模擬試驗,同時將數(shù)值模擬蠕變曲線與試驗蠕變曲線進行了比較分析,驗證了非線性黏彈塑性蠕變模型的實用性。

對土工格柵加筋黏性土進行不固結(jié)不排水的動態(tài)三軸振動試驗。試驗結(jié)果表明,在黏性土中布置格柵筋材,在一定程度上能提高加筋土體的動抗剪強度;加筋層數(shù)越多,加筋土動強度越大;土工格柵加筋黏性土的加筋效果在高圍壓下能夠更好地發(fā)揮。加筋土動強度指標提高體現(xiàn)在動黏聚力的增大上,而對動摩擦角幾乎沒有影響,循環(huán)荷載振動次數(shù)對動強度指標影響很小;動應(yīng)力幅值對于周期荷載下加筋土的變形影響很大,在動應(yīng)力幅值大的周期荷載作用下變形增加很快,在較小的振動周次作用下就可使試樣破壞,相反,動應(yīng)力幅值低的試樣,則需要大的振動周次才能達到破壞應(yīng)變;加筋土體存在一臨界破壞動應(yīng)力,當設(shè)置的動應(yīng)力振幅小于臨界值時,無論振動多少次,試樣都達不到破壞應(yīng)變;并且動應(yīng)力幅值過大時,剛開始振動試樣就破壞,破壞形式為瞬時破壞。

為探究荷載作用下軟土地基直接拼接拓寬路堤受力和變形特征,利用自行設(shè)計制造的模型試驗系統(tǒng),通過改變軟土地基差異沉降、土工格柵加鋪層數(shù)對軟土地基高速公路直接拼接路堤進行一系列模型試驗,研究各種工況下舊路與新拓寬路堤土中應(yīng)力變化。試驗結(jié)果表明,拓寬路堤在荷載作用下新舊路各斷面土中豎向應(yīng)力隨著荷載的增大而增大,受路堤填土邊坡與下伏地基側(cè)向約束條件的影響,荷載作用下土中豎向應(yīng)力在填土路堤與地基內(nèi)沿深度方向呈現(xiàn)先減小、后增大、再減小的分布特征；軟土地基拓寬路堤差異沉降對新舊路結(jié)合部位土中豎向應(yīng)力影響較大,土中豎向應(yīng)力隨著差異沉降增大而增大；舊路范圍內(nèi)土中豎向應(yīng)力受差異沉降的影響不大；在拓寬路堤填土的頂部和底部各布設(shè)一層土工格柵加筋層時可明顯減小路堤土中豎向應(yīng)力和路堤沉降:相同荷載作用下對比無加筋路堤,鋪設(shè)2層土工格柵加筋路堤的頂面沉降最大可以減少62%,土工格柵加筋對軟土地基拓寬路堤沉降有較好的控制作用。

本文將詳細介紹紅砂巖在建設(shè)工程領(lǐng)域中的應(yīng)用及其構(gòu)造特點。通過對比不同材料的性能和特點，展示紅砂巖在建筑領(lǐng)域的優(yōu)勢和局限性。