土工加筋摩擦性能在常規(guī)和特殊狀態(tài)下的試驗研究

土工織物加筋非飽和土強度試驗研究——在室內拉拔、摩擦試驗基礎上選取土工合成材料，對選取的土工合成材料進行加筋效果試驗，分析了土工合成材料與非飽和土體相互作用特性及加筋效果，得出一些有益的結論，同時對存在的問題提出了建議，為以后土工合成材料在不...

通過載荷試驗,模擬基礎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。

通過對具有不同含水率、不同土工格柵加筋層的粘土進行了三軸壓縮試驗,測定了土工格柵加筋土體的抗剪強度指標。分析了土工格柵加筋粘土體的內摩擦角和粘聚力隨含水率、加筋層的變化規(guī)律,得出了有土工格柵加筋粘土的重要結論。

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,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。

在自嵌式砌塊加筋擋土墻工程中,加筋材料與自嵌式混凝土砌塊間的連接強度是決定該工程的內部穩(wěn)定性的關鍵指標。通過室內拉拔試驗,得出了當法向應力p40kpa時,摩擦阻力與拉拔位移的關系曲線;同時得出了丙綸長絲機織土工布與混凝土砌塊界面間的摩擦強度及法向應力的關系曲線,這一成果對同類項目設計具有很好的參考價值。

以延安新機場黃土高填方為依托,以工程實際使用的土工布作為筋材,采用與西安亞星土木儀器有限公司共同研制的土工合成材料試驗機,進行了黃土加筋土的直剪試驗和拉拔試驗,測試了不同壓實度條件下筋土界面間的直剪和拉拔強度以及摩擦系數。試驗結果表明:1剪切位移與剪應力關系曲線為硬化型,而拉拔位移與拉應力關系曲線為軟化型;2土工布與黃土的界面強度在直剪和拉拔條件下均符合莫爾庫侖強度理論,土工布與黃土間具有較好的摩擦特性,但相同條件下直剪摩擦系數大于拉拔摩擦系數;3剪切條件下筋土界面強度參數對壓實度不敏感,而拉拔條件下壓實度對界面粘聚力影響顯著。

在djs剪力儀上,利用常州產有紡土工織物分別對砂土(干砂)和黏土(2種不同含水量的黏土)進行了剪切試驗,確定土—土工織物接觸面的合理參數與性質.結果表明,界面抗剪強度與界面法向應力成線性關系,其大小與土的種類及含水量有關;界面剪應力τ與剪位移δl為非線性關系,可用雙曲線來擬合.

對土工格柵加筋黏性土進行不固結不排水的動態(tài)三軸振動試驗。試驗結果表明,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)荷載振動次數對動強度指標影響很小;動應力幅值對于周期荷載下加筋土的變形影響很大,在動應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,動應力幅值低的試樣,則需要大的振動周次才能達到破壞應變;加筋土體存在一臨界破壞動應力,當設置的動應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變;并且動應力幅值過大時,剛開始振動試樣就破壞,破壞形式為瞬時破壞。

土工袋層間摩擦是土工袋柔性擋土墻設計中應該考慮的關鍵因素,其大小直接決定了土工袋擋墻的內穩(wěn)定性。通過鋁棒土工袋的摩擦試驗說明柔性土工袋層間摩擦與剛性體間摩擦特征的不同,進行了不同袋內材料、土工袋排列方式以及運行環(huán)境（水上或水下）等條件下的土工袋層間摩擦試驗。結果表明：土工袋層間摩擦力隨著袋體沿受力方向變形的增大而逐漸增大,當層間發(fā)生整體滑動時達到最大值,并趨于穩(wěn)定;土工袋層間摩擦不僅與編織袋體的摩擦有關,而且受袋內材料粒徑大小及排列方式的影響;土工袋浸泡于水下時,由于水的潤滑作用使得編織袋間的摩擦作用減小,袋內材料為細顆粒的土工袋層間摩擦作用減小,而袋內材料為粗顆粒的土工袋層間摩擦變化不大。

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指標在加筋土擋墻的設計中至關重要。本文在從試驗方法、加載方式、試驗箱側壁邊界效應和尺寸效應、填料厚度、壓實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上,進行了土工格柵在砂礫料和粘性土中的拉拔試驗和直剪試驗。試驗結果表明:土工格柵與砂礫料接觸面抗剪強度較高,而與粘土接觸面抗剪強度很低;對于加筋土擋墻拉拔力較大的層位,應選用剛度大的土工格柵和砂礫料為填料。直剪摩擦試驗不適合確定土工格柵接觸面的抗剪強度。該試驗結果對土工格柵加筋土擋土墻的設計具有重要的參考價值。

通過室內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,其結論為今后土工格柵加筋粘土在工程中的應用提供理論參考依據。

路橋過渡段橋頭跳車是高等級公路建設中較難處理的常見問題,往往給高速公路快速、平穩(wěn)行車帶來不利的影響。結合衡棗高速公路橋梁工程實例,介紹了采用土工格網進行橋臺臺背填土處理的方案,通過現(xiàn)場試驗,分析土工格網處理橋頭跳車的現(xiàn)場試驗方法、數據分析及實際效果,為解決高速公路橋頭跳車危害積累經驗。

對不同土工布加筋層數的粗顆粒土試樣進行常規(guī)三軸固結排水剪切試驗,探討試樣加筋層數(簡稱筋數n=0～3)對粗顆粒土變形、強度特性的影響。結果表明:筋數n每增加1,不同圍壓下試樣破壞時的軸向應變增大0.91%～2.00%,土體韌性增強,筋材可抑制試樣的側向變形；不同圍壓下,平均筋數n每增加1,試樣變形模量增大5378kpa。加筋能夠增大相變時的體積應變；在p–q平面內,同一筋數n下的相變點和破壞點均可用直線擬合。粗顆粒土的強度指標總體隨筋數的增加而增大。對線性指標c和非線性指標φ0、δφ,其隨試樣筋數n的變化均可近似用直線表示；n每增加1,內摩擦角φ′增大1.75°。最后提出一個方便表述加筋量多少的指標—加筋疏密指數ir,并給出三軸試驗獲得ir的方法。整理發(fā)現(xiàn)試樣黏聚力c及準黏聚力δc(加筋土比素土黏聚力的提高量)與ir均可用直線擬合；ir每增加1m–1,c和δc分別提高9.1和13.5kpa。利用該參數對三軸試驗下砂土、黏土和粗顆粒土加筋對其強度提高的效果進行總結分析,加筋對不同土c提高量差異顯著,ir每增加1m–1,砂土、黏土和粗顆粒土c分別提高0.07、0.50和8.75kpa?；跍署ぞ哿υ?建立c及δc與ir的關系,可根據該公式直接估計土體加筋后的黏聚力或準黏聚力。

為真實反映土工帶加筋碎石土的受力特性,本文采用實際工程中使用的tg玻塑土工帶進行了4組不同圍壓、不同加筋層數的土工帶加筋碎石土大型三軸試驗。分析了加筋帶對碎石土應力-應變關系及強度的影響,并引入應力比、強度加筋系數、破壞變形加筋系數、軸向變形加筋系數和側向變形加筋系數來評價加筋效果。試驗結果表明:碎石土經土工帶加筋后其破壞強度和破壞應變均得到提高,在大變形下土工帶加筋碎石土仍能繼續(xù)承擔荷載。加筋土和未加筋土的強度曲線基本平行,土工帶加筋碎石土的強度服從"準粘聚力"原理。加筋效果不僅與加筋參數有關,而且與圍壓有關,加筋帶的作用發(fā)揮隨圍壓增大而減小。

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。

灌注樁側摩阻力在不同狀態(tài)下的試驗研究——本試驗通過灌注樁在抗壓和抗拔靜載試驗狀態(tài)下樁身應力的檢測，比較了側摩阻力在不同的邊界條件下的大小，分析兩種不同狀態(tài)下側摩阻力存在差異的原因。提出了今后改進試驗的建議。

橡膠砂作為輕質、耗能填料在土木工程中有廣泛的應用前景,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,如峰值強度、似黏聚力、內摩擦角的影響規(guī)律。結果表明:土工格柵加筋橡膠砂的強度參數,包括峰值強度、似黏聚力、內摩擦角,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最為明顯；土工格柵加筋橡膠砂的強度參數恢復系數與加筋密度之間呈良好的線性關系；土工格柵加筋橡膠砂的強度特性可由試驗所得的經驗恢復函數較好地估計。

在土工合成材料加筋土擋墻工程中加筋材料與填土間的界面作用特性直接影響工程的安全與穩(wěn)定性,因此,加筋材料與填土的界面技術指標在加筋土擋墻的設計中至關重要。選擇雙向土工格柵、丙綸長絲機織土工布兩種加筋材料與不同含水量、壓實度的全風化泥巖進行拔拉試驗。試驗結果表明,雙向土工格柵與填土界面有整體拔出破壞和縱肋拔出破壞兩種形式,土工布表現(xiàn)為整體拔出破壞;加筋材料與填土界面的表觀摩阻力隨法向應力的增加而增加,隨填土含水量的增大而減小;在相同的填土界面情況下,機織土工布與界面的內摩擦角大于雙向土工格柵。

土工膜作為工程防滲處理的一種主要材料[1],在土石壩的防滲中已廣泛使用。復合土工膜有時作為一種防滲材料鋪設在壩體的上游坡中,達到防滲的目的。斜坡面上土工膜與墊層結構面的抗滑穩(wěn)定直接影響到工程的安全運行。摩擦試驗模擬了復合土工膜與粗粒料墊層結構面之間的摩擦特性,得到復合土工膜與粗粒料墊層結構面之間的剪應力和摩擦角。試驗中剪應力具有明顯的峰值和破壞后的殘余值。試驗結果表明,復合土工膜與壩體粗粒料墊層結構面的剪應力-剪應變關系為應變軟化型。

該文通過土工合成材料與不同填料的直剪摩擦試驗,研究土工合成材料的界面特性。并探討了在直剪試驗中,剪切速度對剪應力峰值強度的影響。

采用固結排水三軸剪切試驗,研究土工合成材料加筋對粘性土體的體變、強度以及應力應變特性的影響。結果表明,加筋可以明顯抑制土體的剪脹體變,但對土體的剪縮體變影響不大,加筋有利于增強高壓實度土體的體積穩(wěn)定性;軸向應變較低時,加筋試件的強度低于素土試件,僅當軸向應變增大到一定程度后,加筋試件的強度才逐漸高于素土試件,加筋對土體強度的增強作用存在滯后現(xiàn)象,且隨筋材拉伸模量和加筋層數的提高,滯后現(xiàn)象更明顯。試驗結果同時表明筋材拉伸模量較低時,增加加筋層數,雖然可以一定程度提高土體的峰值強度,但對峰值后的強度提高不明顯;相比而言,采用較高拉伸模量的筋材,加筋對土體殘余強度的提高幅度明顯高于峰值強度,對土體應力應變特性的改變也相對較大。

利用青島理工大學自行研制的恒剛度直剪儀,完成了18%、20%、25%、28%共4組不同含水率黏性土與混凝土大型直剪試驗,重點對不同含水率和法向應力下剪應力—剪切位移關系曲線進行分析,探討了含水率的變化對黏性土與混凝土界面力學特性的影響規(guī)律。試驗結果表明：黏性土與混凝土界面的剪應力—剪切位移關系曲線受到含水率變化的影響。當含水率較高時,界面剪應力達到峰值后剪切變形表現(xiàn)為典型的彈塑性變形;當含水率較低時,界面剪應力—剪切位移關系曲線呈現(xiàn)出折線型關系。界面抗剪強度隨含水率的增大而減小,但抗剪強度與法向應力始終保持線性關系,黏聚力受臨界含水率25%左右的影響,小于臨界含水率時,黏聚力隨含水率的增大而增大,大于臨界含水率后,黏聚力隨含水率的增大而減小;摩擦系數受含水率的影響較小,變化幅度僅為5.5%。