土工格室加筋土加固機理的研究.pdf

1、本研究以土工格室為研究對象，通過土工格室加筋土的抗彎承載特性和筋土界面特性的試驗研究，探討土工格室加筋土的加固機理。
　　本研究通過承載力室內(nèi)模型試驗，得到PIV畫像解析圖片，利用PIV畫像解析方法和數(shù)字圖像處理技術(shù)，對地基內(nèi)部砂的運動，細觀結(jié)構(gòu)的圖像進行定量和定性分析，得出地基砂土在條形均布荷載作用下，加筋前后各項參數(shù)和各種應力、應變場的變化規(guī)律。在模型試驗中將變形量測系統(tǒng)用于分析加筋地基加載變形破壞的位移、地基內(nèi)部局部剪應變場

2、的圖像，用以研究加筋地基的破壞模式和破壞面發(fā)展機理。采用有限元模擬分析地基砂內(nèi)部的局部應力狀態(tài)，解析地基砂內(nèi)外部的應力場、應力路徑及內(nèi)力變化。本研究將基礎(chǔ)模型按照實際基礎(chǔ)同比例縮小進行加筋土界面特性的試驗研究實驗，利用拉拔試驗裝置和位移計測土體內(nèi)部位移連續(xù)變化進程，得到土工格室拉拔抵抗力產(chǎn)生的原理模式圖像和土工格柵位移與拉拔抵抗力的分布狀況圖像，比較分析土工格室和土工格柵的拉拔特性，研究土工格室和土工格柵的位移傳遞機制。通過靜承載力試驗

3、和紙狀的壓力傳感器測定應力分布，對補強機理、應力分散效果進行探討。利用應力測定系統(tǒng)，研究加筋土的網(wǎng)兜效應和抗彎剛性及應力分散效果。最后通過現(xiàn)場簡易承載力試驗比較不同種類補強材料的補強效果，復核土工格室模型與原型的系統(tǒng)相似定理。
　　本研究利用以上方法，追蹤加筋土地基的漸進性變形與破壞過程，捕捉加筋土地基的變形模式、滑動剪切面位置形狀和剪切帶特征。為研究砂土在拉拔水平荷載下的全場位移和局部位移的產(chǎn)生、發(fā)展和演化特點進行了量測和定量分

4、析。
　　PIV畫像解析表明無土工格室補強地基內(nèi)速度向量分布是在載荷板正下方往正中心方向運動顯著，速度大，表明載荷板正下方應力集中，土工格室補強地基內(nèi)速度向量分布是在載荷板正下方出現(xiàn)橫方向的運動，速度小且均勻，表明應力集中現(xiàn)象被沖散。變形量測系統(tǒng)分析表明純砂或無補強時地基內(nèi)部砂在剪切過程中，最大剪應變的方向均在約10°的破裂線上，而土工格柵加筋土剪應變等值線，即最大剪應變幾乎發(fā)生在水平方向上，且該水平面與筋材的布置十分一致。有限元

5、模擬分析表明加筋砂土地基內(nèi)部的高補強效果在局部應力狀態(tài)已接近破壞狀態(tài)，且破壞區(qū)域擴散后才表現(xiàn)出來。加筋土界面特性研究表明土工格柵應變軟化來得快，應變軟化開始直接進入到相當小的殘留強度狀態(tài);而土工格室是應變軟化來得遲，先顯示出稍高的最大抵抗力，以后應變軟化較短，最后表現(xiàn)出相當大的殘留強度。土工格室的內(nèi)部位移是從墻壁近旁開始向后方進行傳播，其進展性土工格柵比土工格室更顯著。應力擴散試驗表明土工格柵、土工格室加筋土地基的應力曲線在中心附近的尖

6、頂分布，而土工格柵配合土工格室加筋土地基的應力曲線在中心附近較寬闊范圍內(nèi)緩慢分布，即后者比前者應力擴散效果好。土工格柵配合土工格室加筋土地基承載力較大，而碎石作為填料使用時，土工格室碎石加筋土地基承載力比土工格柵配合土工格室加筋土地基承載力還大。
　　土工格室與土工格柵主要區(qū)別在于，前者因具有一定的厚度，固具有一定的抗彎能力，能有效擴散從上部結(jié)構(gòu)傳來的豎向應力;同時發(fā)揮類似于“深基礎(chǔ)”的作用，大大提高地基的承載能力。
　　實

7、驗結(jié)果表明，有限元數(shù)值模擬的細觀力學特性與土體的宏觀力學現(xiàn)象密切相關(guān)，有限元法數(shù)值模擬技術(shù)分析研究加筋地基的承載力和變形特性是可行的。物理模型試驗PIV圖像的細觀結(jié)構(gòu)的變化特征，反應了土體的宏觀力學響應特性，說明了通過對土體的PIV細觀結(jié)構(gòu)變化來反應土體破壞前后的強度和變形的可行性。通過對這兩種細觀觀測結(jié)果進行關(guān)聯(lián)性分析，同時與宏觀試驗結(jié)果進行對比分析，結(jié)果表明PIV圖像的細觀結(jié)構(gòu)的變化特征與宏觀力學響應特性具有很好的一致性。