筋土界面特性及軟基上加筋路堤穩(wěn)定性研究.pdf

1、軟基上筑堤最棘手的問題便是軟基處理和工期的矛盾,實(shí)踐證明,土工織物加筋墊層聯(lián)合豎向排水體處置軟基路堤是行之有效的措施。開展筋-土界面特性研究是進(jìn)行加筋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、變形與穩(wěn)定性分析的前期基礎(chǔ)性工作,其中界面強(qiáng)度參數(shù)是最關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)。合理的計(jì)算方法及工程實(shí)踐有賴于對(duì)加筋機(jī)理的認(rèn)識(shí),加筋墊層處置軟基路堤的機(jī)理仍需進(jìn)一步研究。傳統(tǒng)極限平衡法存在明顯的不合理性及保守性,考慮加筋機(jī)理的改進(jìn)模型亟待提出。本文通過開展大量的室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬工作研究了

2、砂土強(qiáng)度特性、砂-筋界面特性以及軟基上加筋路堤的加筋機(jī)理,并結(jié)合相關(guān)機(jī)理建立了改進(jìn)的整體穩(wěn)定計(jì)算模型,主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　(1)砂土強(qiáng)度特性及筋土界面特性研究。利用常規(guī)直剪試驗(yàn)研究了填筑密度、剪切速率對(duì)砂土強(qiáng)度特性的影響。利用拉拔試驗(yàn)重點(diǎn)研究了拉拔速率對(duì)筋-土界面特性的影響規(guī)律和機(jī)理,對(duì)比了不同填料界面、筋材類型的加筋效果,討論了內(nèi)摩擦參數(shù)的選取。結(jié)果表明:密度越大,砂土應(yīng)變軟化現(xiàn)象越明顯,而剪切速率對(duì)砂土強(qiáng)度特性基本無

3、影響。砂-筋界面應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系呈硬化型。界面特性受拉拔速率和法向應(yīng)力的共同影響,其中拉拔速率的影響比較顯著,與試驗(yàn)方法、填料性質(zhì)和筋材類型等因素有關(guān)。試驗(yàn)結(jié)果同時(shí)表明,試驗(yàn)速率影響的是嵌鎖、咬合、粘結(jié)作用,對(duì)摩擦作用基本無影響。與砂土試驗(yàn)結(jié)果相比,可知雖然砂-筋界面摩擦角小于填料本身摩擦角,但當(dāng)存在較大界面“似黏聚力”時(shí),界面抗剪強(qiáng)度在一定法向應(yīng)力下可高于砂土。所以,進(jìn)行加筋設(shè)計(jì)時(shí)須根據(jù)界面“似黏聚力”大小合理選擇內(nèi)摩擦參數(shù)。
　　

4、(2)基于筋-土界面特性的軟基上加筋路堤變形與穩(wěn)定性分析。采用有限元法對(duì)一典型軟基路堤填筑過程進(jìn)行了彈塑性固結(jié)分析,從應(yīng)力應(yīng)變場、筋材拉力和穩(wěn)定性等角度考察了軟基路堤填筑的變形發(fā)展規(guī)律和加筋墊層加固軟基路堤的作用機(jī)理,并對(duì)比了考慮大變形效應(yīng)的計(jì)算結(jié)果,探討了界面強(qiáng)度、填筑速度和考慮間接影響帶機(jī)理對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。結(jié)果表明:加筋能有效約束地基軟土的剪切變形進(jìn)而約束路堤側(cè)向變形,并提高其在固結(jié)階段水平位移的“回籠”能力,能有效降低填筑階段的

5、路堤中心沉降量(但在降低最終沉降量方面不明顯),并使最大豎向位移擴(kuò)展至路堤中心。由于筋-土界面剪應(yīng)力的存在,填筑階段淺層地基土的超靜孔壓較無筋路堤明顯上升,但隨著固結(jié)逐步趨于一致。加筋后路堤的安全系數(shù)有明顯提升,破壞模式發(fā)生改變,改變特征與筋材抗拉強(qiáng)度、界面強(qiáng)度以及地質(zhì)條件等因素有關(guān)。考慮大變形特征后得到中心軸處沉降和坡腳水平位移較小變形結(jié)果均有明顯降低。界面強(qiáng)度對(duì)界面剪應(yīng)力水平和穩(wěn)定性有影響,但對(duì)加筋路堤的總變形場及筋材拉力基本無影響

6、。填筑速度對(duì)無筋路堤有顯著影響,而加筋路堤則可快速填至預(yù)定高度?？紤]間接影響帶機(jī)理后筋材拉力及界面剪應(yīng)力水平大幅度降低,路堤穩(wěn)定性得到提高。
　　(3)基于極限平衡條件的軟基上加筋路堤的穩(wěn)定性分析。在傳統(tǒng)分析方法的基礎(chǔ)上結(jié)合間接影響帶機(jī)理建立了改進(jìn)的加筋路堤整體穩(wěn)定計(jì)算模型,對(duì)軟基上加筋路堤進(jìn)行了不同計(jì)算方法下的穩(wěn)定性分析。結(jié)果表明:基于間接影響帶機(jī)理的強(qiáng)度折減法和簡化Bishop法可以體現(xiàn)加筋的作用。強(qiáng)度折減法與簡化Bishop